光熱微小気泡がつくる散逸構造を利用した配向集積機構の解明

利用光热微泡产生的耗散结构阐明排列和积累机制

• 批准号: 21K04744
• 负责人: 藤井 翔
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kisarazu National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04744/
• 关键词: レーザー誘起微小気泡; 自己集積; マランゴニ対流; 移流集積

本研究では，光熱による微小気泡が形成する固体・液体・気体が交わる三相界面近傍における形状異方性ナノ材料の配向集積メカニズムの解明を目的とする．非平衡定常状態における三相界面近傍の『溶液の流れ』，『界面効果』，『熱運動』と分子や形状異方性ナノ材料の『大きさ』や『アスペクト比』，『柔らかさ』に着目し，非平衡界面におけるナノ材料集積現象の理解と制御を志向した学理の構築に取り組んでいる．これまでに気泡が誘起する『溶液の流れ』についてモデル化に成功しているが，三相界面の極近傍の熱力学的情報は得られていなかった．直径0.2 μmのポリスチレンビーズを用いて実験すると気泡界面に接していたと思われるビーズが部分的に融解している様子が電子顕微鏡観察から明らかになった．一方，直径0.5 μmのポリスチレンビーズを用いると融解は見られなかった．ポリスチレンのガラス転移温度のサイズ依存性に着目して，三相界面の温度を推定すると70℃程度であることがわかった．実験に用いているITO基板の熱分布を計算すると近い値をとることがわかった．これらの実験から『熱運動』に関する情報を得ることができた．また，楕円形ビーズ用いると，気泡近傍で回転して滞留する点が観察された．これらの現象も計算によって予測された位置や回転数と一致していることから，モデルの妥当性が確認できた．カーボンナノチューブを用いた『柔らかさ』に着目した実験においては，三相界面近傍では界面に沿うように集積する『界面効果』がみられ，離れた位置では放射状と熱運動の影響を受けている様子が見られた．現在は画像解析による定量化を試みている状況である．

本研究的目的是阐明形状各向异性纳米材料在固、液、气相交的三相界面附近的取向和积累机制，其中通过光热作用形成微气泡。非平衡稳态下三相界面附近的“溶液流动”、“界面效应”和“热运动”，以及“尺寸”、“纵横比”、我们正在致力于建立一种旨在理解和控制非平衡界面处纳米材料积累现象的理论。到目前为止，我们已经成功地模拟了气泡引起的“溶液流动”，但尚未获得三相界面附近的热力学信息。在使用直径为 0.2 μm 的聚苯乙烯珠子的实验中，电子显微镜显示，被认为与气泡界面接触的珠子部分熔化。另一方面，当使用直径为0.5μm的聚苯乙烯珠时，没有观察到熔化。着眼于聚苯乙烯玻璃化转变温度的尺寸依赖性，三相界面的温度估计约为 70°C。在计算实验中使用的ITO基板的热分布时，发现数值非常接近。从这些实验中，我们能够获得有关“热运动”的信息。此外，当使用椭圆形珠子时，观察到旋转并停留在气泡附近的点。这些现象也与计算预测的位置和旋转速度相匹配，证实了模型的有效性。在使用碳纳米管的“柔软性”实验中，在三相界面附近观察到“界面效应”，其中颗粒沿着界面聚集，而在远处，它们受到径向运动和热运动的影响。可以看到发生了什么。目前，我们正在尝试通过图像分析对其进行量化。

项目成果

Laser-Induced Microbubbles for Oriented Accumulation of Anisotropic Materials

用于各向异性材料定向堆积的激光诱导微泡

• 发表时间: 2022
• 作者: 大関倖輔;助永壮平;遠藤理恵;髙橋博;Sho Fujii
• 通讯作者: Sho Fujii

Incorporation of Co2+, Cu2+, and Zn2+ ions into nickel oxide thin films and their enhanced electrochemical and electrochromic performances

• DOI: 10.20964/2022.01.39
• 发表时间: 2022-01
• 期刊: International Journal of Electrochemical Science
• 影响因子: 1.5
• 作者: Kyung Ho Kim

Nano-confined electrochemical reaction studied by electrochemical surface forces apparatus

电化学表面力装置研究纳米限域电化学反应

• DOI: 10.1039/d1fd00060h
• 发表时间: 2022
• 期刊: Faraday Discussions
• 影响因子: 3.4
• 作者: Kasuya Motohiro;Kubota Daiki;Fujii Sho;Kurihara Kazue
• 通讯作者: Kurihara Kazue

光制御によるナノ粒子集積とデバイスプロセス応用

光控纳米粒子集成和器件工艺应用

• 发表时间: 2022
• 作者: Kojima Chiaki;Noguchi Akemi;Nagai Tatsuya;Yuyama Ken-ichi;Fujii Sho;Ueno Kosei;Oyamada Nobuaki;Murakoshi Kei;Shoji Tatsuya;Tsuboi Yasuyuki;藤井翔
• 通讯作者: 藤井翔