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．

这项研究旨在阐明三相界面附近形状各向异性纳米材料的取向积累机制，在该界面上，固体，液体和气体与光热微泡相交。 Focusing on the "substitutional flow," "interface effects," and "thermal motion," and the "size, aspect ratio, and softness" of molecules and shape anisotropic nanomaterials in the vicinity of the three-phase interface in a non-equilibrium steady state, we are working on building theory that aims to understand and control the phenomenon of nanomaterial accumulation at non-equilibrium interfaces.到目前为止，我们已经成功地建模了气泡引起的“溶液流”，但是在三相界面附近没有热力学信息。使用直径为0.2μm的聚苯乙烯珠的实验表明，被认为与气泡界面接触的珠子是从电子显微镜观察中部分熔化的。另一方面，当使用直径为0.5μm的聚苯乙烯珠时，未观察到熔化。重点是聚苯乙烯玻璃转变温度的尺寸依赖性，估计三相界面处的温度约为70°C。发现计算了实验中使用的ITO底物的热分布以获得近距离值。这些实验使我们能够获得有关“热运动”的信息。此外，当使用椭圆珠时，观察到细胞被旋转并卡在气泡附近。这些现象还与计算预测的旋转位置和数量相匹配，并确认了模型的有效性。在以碳纳米管的柔软性为重点的实验中，在三相界面的附近观察到了“界面效应”，该界面沿界面积聚，在距离上，人们可以看到该组受径向和热运动的影响。当前，我们正在尝试使用图像分析来量化。

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