液柱内マランゴニ対流における対流場の能動的制御の研究

液柱中Marangoni对流对流场的主动控制研究

基本信息

批准号：
05J02448
负责人：
植村豪
金额：
$ 1.73万
依托单位：
Tokyo University of Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

近年では化学,生物分野においてマイクロスケール化が注目されており,試料や試薬等の液滴体積を微小化し,さらに体積の制御とハンドリングが重要な課題となっている.微細ピンを用いたナノ・ピコリットル液滴形の形成を行い,ピン直径,ピン引き上げ速度,ピン表面の濡れ性を変えて液滴形成過程の観察と液滴体積の測定を行った.その結果,ピン端面に形成される液滴体積は,メニスカス崩壊時のピン近傍に現れる円錐形状の体積と一致していることが分かり,メニスカスの動的変形に伴うピン近傍の界面形状からピン端面に形成される液滴体積が決定付けられていることを見出した.濡れ性による液滴体積の変化を調べたところ,親水性のピンではピン端面を覆う液滴が形成され,疎水性のピンではDewettingが発生し,親水性のピンを用いた場合よりも液滴体積が減少することが分かった.これはメニスカス収縮の際にピンのエッジ部分で接触角が減少し,後退接触角よりも小さくなった場合にコンタクトラインがエッジから離脱するためであり,高速度カメラからの観察によってマイクロスケールにおいてピン端面上にDewettingが生じる様子を捉えることに成功した.自由表面上にマランゴニ対流を発生させて液滴体積の制御を試みたところ,キャピラリー数に対して液滴体積が線形に減少する結果を得た.液滴体積が減少するメカニズムを調べたところ,メニスカスの収縮時にピン端面でDewettingが発生し,メニスカス崩壊直前におけるメニスカスの円錐体積が減少することが分かった.従ってマランゴニ対流下における液滴体積の減少は,液滴に分離する直前のメニスカス形状がマランゴニ対流によって変化し,円錐形状の底円直径が減少しているためであることを見出し,キャピラリー数をパラメータとしてロッド端面に形成される液滴体積を容易に予測,制御できることを示した.

近年来，Mictoscale在化学和生物过程领域引起了人们的关注，样品和试剂等液滴的体积已减少，体积控制和处理已成为一个重要问题。使用细销，我们使用纳米 - 彩色液滴来观察液滴的形成过程，并通过更改针直径，销速度和销钉表面的可湿性来测量液滴体积。结果，销钉端面上形成的液滴是圆锥形形状，当弯月面倒塌时出现在销钉附近。发现在销钉端面上形成的液滴体积是根据弯月板的动态变形而根据销附近的界面形状确定的。当我们研究由于润湿性而导致的液滴体积的变化时，发现液滴覆盖的销销端面是用于亲水销的，并且用于疏水销的脱水发生，导致液滴体积减少，而不是使用液化销。这是因为当半月板收缩发生在销钉的边缘时，销钉边缘的接触角。这是因为当接触角降低并小于回收接触角时，接触线离开边缘，我们成功地通过高速摄像头观察到了销钉端面上的微观易碎。当我们试图通过在自由表面上产生Marangoni对流来控制下降体积时，我们获得了相对于毛细血管数的线性减小。当我们研究降低量减少的机理时，我们发现下板降低的体积减小。发现脱水发生在硫收缩期间的销端面，并且在弯月面塌陷之前的弯板锥体积减少。因此，我们发现在Marangoni对流下液滴体积的减小是由于半月板形状在分离成液滴之前立即形状，并且锥形形状的底部圆的直径减小，表明可以使用capillaries的数量作为参数来预测和控制在杆端面上形成的液滴体积。