微小電極を用いた濃度場計測による微小隙間内での粘性の異なる液相反応流場の解明

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研究者代表者らの従来の研究において、ヘレ・ショウセル内に形成される化学反応を伴うMiscible viscous fingering (MVF)の反応性流れ場の物理モデルを考案した。しかしながら、その妥当性を検討するにはMVFの各領域、セルの深さ方向の各点における反応物濃度の詳細を実験的に知る必要がある。また、セルの深さ方向の二液体のシート状構造に関しても、類似の実験結果と低粘性溶液の色の濃さから判断して提唱されたものであり、実際にシート状構造が形成されているのかを実験的に確認した例は未だ無い。物理モデルの妥当性の検討、シート状構造の存在の確認のどちらにおいても、セル内に存在する溶液の濃度場を直接計測することができれば可能であると考えられる。しかしながら、ヘレ・ショウセルによって形成される微小空間のサイズを考えると、そのような計測は非常に困難であると予想され、それを可能にしたという研究は報告されていない。そこで研究者代表者は、従来主に生物学の分野で用いられてきた微小電極を利用して、ヘレ・ショウセル内に形成されるMVFの濃度場計測を行うことを考案した。微小電極には先端の感応部が数μmスケールのものがあり、本研究で用いた間隔が0.3mmのセルでも詳細な濃度場計測が可能であると考えられる。平成19年度は、微小電極を利用してセルの間隔方向の濃度場計測を可能にする実験手法を確立し、これをヘレ・ショウセル内に形成される化学反応を伴わないMVFに適用してシート状構造の存在とその形状の実験的な確認を試みた。得られた結果は従来考えられていた形状を表すものとは異なり、シート状構造領域では低粘性液体が主にセルの隙間の上半分に存在するというものになった。これを低粘性液体と高粘性液体の密度差に原因があると考え、低粘性液体の密度を上げた実験も行ったが、今回密度を変化させた範囲では明確な影響を確認できなかった。また、今後の課題として、実験精度の改善が挙げられる。