ナノ構造薄膜による空間的・時間的温度制御の実現とマイクロ流体駆動への展開

利用纳米结构薄膜实现空间和时间温度控制以及微流体驱动的发展

• 批准号: 12J02362
• 负责人: 名村 今日子
• 金额: $ 1.73万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J02362/
• 关键词: 金ナノ粒子; マイクロ流体; マランゴニ対流; 薄膜; 光熱変換; マイクロ流体駆動; 構造薄膜; 光音響効果

１、成果の具体的内容：２６年度は金ナノ粒子層／SiO2誘電体ナノコラム層／SiO2層／銀鏡面層を持つナノ構造薄膜の光熱変換を利用した流体駆動に関する研究を行った．薄膜上にレーザーを集光すると，そのレーザースポットはマイクロメートルスケールで位置を制御できる点熱源として利用できる．そこで，この熱源を使って流体駆動実験を行った．まず薄膜上に厚さ ５０ μm の薄いセルを作製し，ポリスチレン球を分散させた水で満たした．レーザーを薄膜上に集光することで，セルの中に直径約 ５０ μm のマイクロバブルを発生させることに成功した．さらにそのマイクロバブル周辺でレーザーの照射位置を変化させたところ，バブルのまわりに mm/s オーダーの速さの急激なマランゴニ対流が発生した．このマランゴニ対流は２つの回転流を伴い，バブルと発熱位置との関係によって流れの様子を様々に制御できることがわかった．また発生する回転流は，粒子の収集，配列，分離など様々な用途に有用であることがわかった．この結果はApplied Physics Lettersから論文として発表し，各週の注目論文としてEditor’s picksに選出された．２、意義と重要性：本研究はナノ構造薄膜の光学的・熱的特性を利用して，マイクロメートルスケールのフレキシブルな温度勾配制御を可能にした．さらに実際に温度勾配を使って mm/s オーダーの実用的な速さの流れを実験的に得ることに成功した．特に本研究でその有用性が明らかになったマランゴニ回転流は，ただ流体を駆動するだけでなく，粒子の収集や大きさによる分離など様々な機能を実現できることがわかった．本研究の結果はナノ構造薄膜の光熱変換特性を使って，熱によるマイクロ流体駆動の実用性を示したという点で重要である．

1. Specific contents of the results: In 2006, the research on the photothermal conversion of structural thin films using gold particle layer/SiO2 dielectric layer/SiO2 layer/silver mirror layer was carried out. The thin film has a light collecting function, and the light source is controlled by the light source. The heat source causes the fluid to move. The thin film thickness of 50 μm is controlled by the dispersion of water. The light is collected on the thin film, and the diameter of the film is about 50 μm. The position of the light beam is changed from mm/s to mm/s. The flow of water is controlled by the flow of water. The particles are collected, arranged, and separated. 2. Significance and importance: In this study, the optical and thermal properties of structural thin films are utilized to make possible the preparation of temperature profiles. The temperature of the system is adjusted to the mm/s of the flow rate. In particular, the usefulness of this study is clear, and the function of particle aggregation is realized. The results of this study show that the photothermal properties of structural thin films are important for the practical application of thermal conductivity.

项目成果

Enhancement of photoacoustic emission from self-supported plasmonic multilayers

自支撑等离子体多层膜的光声发射增强

• DOI: 10.1063/1.4890028
• 发表时间: 2014
• 期刊: Journal of Applied Physics
• 影响因子: 3.2
• 作者: K. Namura;K. Nakajima;K. Kimura;and M. Suzuki
• 通讯作者: and M. Suzuki

Fluid Manipulation by Thermoplasmonic Properties of Au/SiO_2 Heterostructured Nanorods Array

利用Au/SiO_2异质结构纳米棒阵列的热等离激元特性操控流体

• 发表时间: 2013
• 作者: K. Namura;M. Suzuki;K. Nakajima;K. Kimura
• 通讯作者: K. Kimura

Thermoplasmonic control of Marangoni flow around a micro bubble

微泡周围马兰戈尼流的热等离子控制

• 发表时间: 2015
• 作者: Kyoko Namura;Kaoru Nakajima;Kenji Kimura;Motofumi Suzuki
• 通讯作者: Motofumi Suzuki

金ナノ粒子の光熱変換によるマイクロ流体駆動

利用金纳米粒子光热转换的微流体驱动

• 发表时间: 2014
• 作者: K. Namura;K. Nakajima;K. Kimura;M. Suzuki;名村 今日子，中嶋 薫，木村 健二，鈴木 基史
• 通讯作者: 名村 今日子，中嶋 薫，木村 健二，鈴木 基史

Improvement of photoacoustic emission from Au nanoparticles

Au 纳米颗粒光声发射的改进

• 发表时间: 2012
• 作者: K. Namura;M. Suzuki;K. Nakajima;K. Kimura;Kyoko Namura;名村今日子
• 通讯作者: 名村今日子