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マイクロボルテックスを用いた微小領域における混合・分離デバイスの開発

利用微涡流的微区混合/分离装置的开发

基本信息

批准号：
16760135
负责人：
小原弘道
金额：
$ 1.66万
依托单位：
Tokyo Metropolitan University (2005)Tokyo Metropolitan Institute of Technology (2004)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

電気絶縁性の媒質中に誘電体である固体粒子を分散させたコロイド溶液に電場を印可することで形成される特異な流動の一つである回転流動により形成される渦群をマイクロボルテックスとして着目し,混合・分離デバイスに必要不可欠なマイクロボルテックス形成に関する流れの基本特性を解明するとともにその諸条件を明らかにした.16年度に得られた知見を基本とし,誘電体である電気絶縁性の媒質としてシリコンオイル,固体粒子としてダイヤモンド粒子を用い,電場強度・電場周波数の印加電場条件,粒子濃度・溶媒濃度の共試流体条件,電極間距離などの流路条件などの各条件に関して詳細に検討し,電場印加後のマイクロボルテックス形成までの詳細な時間的な流動特性変化を流動観察,マイクロPIV計測により明らかにした.電場印加によりいくつかの流動が形成され,特に中でもマイクロボルテックスとして利用可能な回転流動形成のために必要な条件を詳細に整理した.また,電場印加と流動特性との関係を詳細に評価するために,流動形成時の流れ場を計測位相を任意に制御することにより時系列的に取得することで,電場印加直後から流動形成までに時間差が存在し,さらにこれらの時間は最大の渦度を有する回転流動の形成は電場印加周波数の影響によらず整理可能であることを明らかにした.これらの詳細な実験結果をふまえ,これらの流動のマイクロデバイスへの応用に向けた検証を行うとともにさらに,本現象を数値的に表現するための数値モデルに関する検討も行い,基礎的な評価モデルを示した.様々なマイクロ流体デバイスへの応用を視野に入れた流動形成条件の拡張ならびに数値モデルの確立を行っていくための基本的な知見を得た.

Electric particles dispersed in an electrically insulating medium can form an electric field in a solution. Vortex clusters can form in a reverse flow. The basic characteristics of the flow related to the formation of the mixed and separated particles must be understood. The basic conditions of the flow related to the formation of the mixed and separated particles must be understood. The basic conditions of the flow related to the formation of the mixed and separated particles must be understood. The electric field intensity, the electric field cycle number and the electric field conditions must be understood. Particle concentration, solvent concentration, test fluid conditions, electrode distance, flow path conditions, detailed analysis of each condition, detailed time of flow characteristics after electric field initiation, flow observation, PIV measurement. The electric field is formed by the flow, especially by the necessary conditions for the formation of the flow. The relationship between the electric field and the flow characteristics is evaluated in detail. The flow field measurement phase at the time of flow formation is arbitrarily controlled. The time series is obtained. The time difference between the electric field and the flow formation is present. The maximum vorticity is present. The influence of the cycle number of the electric field on the flow formation is possible. The detailed results of this study are shown in the following paragraphs: The basic knowledge of the flow field is obtained.