撥水表面上での水滴の転落挙動の解析と超高速水滴滑落コーティング膜の創製

水滴在疏水表面的下落行为分析及超高速水滴滑动涂膜的制备

基本信息

批准号：
05J08586
负责人：
鈴木俊介
金额：
$ 1.73万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
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

元来親水的な固体表面を撥水化する技術は工業用途として高いニーズを有している。これまで、撥水性固体表面の特性は静的な撥水性(接触角や転落角)などで評価されてきた。しかし、液滴除去など動的なぬれ性を評価するには、静的な評価方法だけでは不十分である。本研究では、液滴の動的な挙動(特に転落挙動や転落(加)速度)に注目し、実験的な評価から撥水表面の新たな設計指針をたてることを目的とした。固体表面としてはSi基板を用い、様々なシランカップリング剤(アルキルシラン、フルオロアルキルシラン)を被覆処理した。被覆条件(シランの使用量・雰囲気・被覆時間など)や被覆方法(浸漬法・CVD法)を検討することによりコーティングの表面粗さ・シランの被覆率を任意に制御した。液滴には水、アルコール溶媒、ジオキサン水溶液を用いた。液滴の転落挙動の観察には高速度カメラによる直接観察に加え、シート光レーザーと蛍光粒子を併用した「粒子画像流速測定(PIV)法」を利用することで液滴内部の流動状態を直接観察した。これまで、水滴の転落(加)速度は液滴の回転成分と固液界面でのすべり成分が存在するといわれていたが、その割合や液滴の転落挙動に対する寄与は明確でなかった。本研究では独自の流動モデリングを用いて、水滴の転落加速度の成分わけを矛盾無く説明した。特に、化学的均一性が高く、nmレベルで平滑なコーティング面では水滴に大きなすべり加速度が期待でき、水滴除去性能が高くなるという高速水滴除去表面としての一つの設計指針を得た。本研究では、液滴の転落挙動の制御を任意に制御する方法を検討した。特にライン状撥水表面や平行平板への液滴の挟み込みなどで液滴の転落挙動制御の可能性を見出した。また、撥水表面における過冷却水滴の氷結挙動を評価し、水滴と各種表面の相互作用についても考察した。

最初是亲水性的固体表面驱虫技术的技术对工业应用的需求很高。到目前为止，已经评估了其静态固定表面的静态固体表面的性能（接触角和秋天角度）。但是，仅静态评估方法不足以评估动态润湿性，例如液滴去除。这项研究的重点是液滴的动态行为（尤其是行为下降和下降（加速度）速度），并旨在通过实验评估为水含水表面创建新的设计指南。作为固体表面，使用了Si底物，并涂有各种硅烷偶联剂（烷基硅烷，氟烷基硅烷）。涂料表面粗糙度和硅烷覆盖范围通过检查涂料条件（硅烷使用，大气，涂料时间等）和涂料方法（浸入方法，CVD方法）来任意控制。水，含酒精的溶剂和二恶英水溶液用于液滴。除了直接观察液滴的秋天行为外，我们还使用了“粒子图像流速度测量（PIV）方法”，该方法使用板灯激光器和荧光颗粒直接观察液滴内部的流量。到目前为止，已经说过，液滴的滚动速度是固定液体界面处的滑动组件，并具有液滴的旋转成分，但是对液滴掉落行为的比例和贡献尚不清楚。在这项研究中，我们使用自己的流程建模来解释水滴秋天加速的组成部分。特别是，我们获得了一个高速水滴去除表面的设计指南，在NM水平上具有高化学均匀性和光滑的涂层表面，预计将在水滴上提供大型滑动加速度，并具有高水滴清除性能。在这项研究中，我们研究了一种任意控制液滴落下行为控制的方法。特别是，我们发现了通过将液滴夹在线状的防水表面或平行板上来控制液滴的降落行为的可能性。此外，评估了超冷水滴在水滴表面上的冻结行为，还讨论了水滴与各种表面之间的相互作用。

项目成果

期刊论文数量（12）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

撥水性固体表面での液滴分離方法

疏水固体表面的液滴分离方法

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Sliding Behavior of Water Droplets Sandwiched Between Hydrophobic Surfaces

夹在疏水表面之间的水滴的滑动行为

DOI：
发表时间：
2007
期刊：
Proceedings of microTAS2007Conference vol.2
影响因子：
0
作者：
S. Suzuki;A. Nakajima;M. Sakai;A. Hashimoto;N. Yoshida;Y. Kameshima;K. Okada
通讯作者：
K. Okada

Sliding acceleration of water droplets on a surface coated with fluoroalkylsilane and octadecyltrimethoxysilane

DOI：
10.1016/j.susc.2006.03.015
发表时间：
2006-05
期刊：
Surface Science
影响因子：
1.9
作者：
Shunsuke Suzuki;A. Nakajima;M. Sakai;Jeong-Hwan Song;Naoya Yoshida;Y. Kameshima;K. Okada
通讯作者：
Shunsuke Suzuki;A. Nakajima;M. Sakai;Jeong-Hwan Song;Naoya Yoshida;Y. Kameshima;K. Okada

撥水性固体表面に挟まれて転落する水滴の内部流動の観察

观察落在防水固体表面之间的水滴的内部流动