Toward Lab-in-a-drop: Contactless droplet manipulation by acoustic field

迈向液滴实验室：通过声场进行非接触式液滴操纵

基本信息

批准号：
20H02070
负责人：
長谷川浩司
金额：
$ 11.65万
依托单位：
Kogakuin University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、音場浮遊液滴に生じる流動、熱・物質輸送現象ならびに浮遊液滴の安定制御条件の解明のために現象の支配的パラメータを同定し、複数プロセスの連続的操作を可能とすることを目指す。すなわち、Lab-in-a-dropの実現に向けた音響場による非接触流体マニピュレーションの概念実証を行うことを目的とする。本年度は、非接触マニピュレーションの実現の鍵となる「異種液滴を用いた浮遊～蒸発」のプロセス実証と統合に取り組んだ。異種流体の組み合わせの一例として、水、エタノール、アニス油を用いたOuzo効果を発現する系で実証した。水、エタノール、アニス油の3成分液滴では、エタノール成分の蒸発とともにOuzo現象と呼ばれる自然乳化現象が生じることが知られているものの、その多くは固体基板上での現象観察が主で、音響場で安定浮遊させた状態で現象観察したケースは皆無である。今回、各種成分濃度をパラメータに、浮遊させた3成分液滴でのOuzo現象の発現タイミングや現象の継続時間を系統的に明らかにした。加えて、Ouzo液滴を浮遊させた場合に、エタノール成分の蒸発が進展することで自然乳化することのみならず、やがて油水分離が生じることで浮遊液滴内での液液相分離を実現可能であることが明らかとなった。これは液滴のダイナミクスを明らかにする意味で学術的価値があると同時に、Lab-in-a-dropの実現に向けた音響場による非接触流体マニピュレーションの応用可能性を示唆するものであると考えられる。得られた成果については、2022年度は3件の学会発表を行い、1報の原著論文および1報の総説論文が出版となった。

本研究确定了该现象的主导参数，以阐明声场悬浮液滴中发生的流动、热量和质量传递现象，以及悬浮液滴的稳定性控制条件，并使多个过程能够连续运行。为此。换句话说，目的是演示利用声场进行非接触式流体操纵的概念，以实现“Lab-in-a-drop”。今年，我们致力于演示和集成“利用不同类型的液滴漂浮和蒸发”的过程，这是实现非接触操控的关键。作为不同流体组合的示例，我们演示了一个使用水、乙醇和茴香油来表达茴香酒效果的系统。众所周知，随着乙醇组分的蒸发，水、乙醇和茴香油的三组分液滴中会发生一种称为茴香现象的自然乳化现象，但其中大多数主要在固体基质上观察到，并且声学上有在现场稳定悬浮液中未观察到任何现象。这次，我们以各种成分浓度为参数，系统地阐明了悬浮三成分液滴中茴香酒现象的发生时间和持续时间。此外，当茴香液滴悬浮时，乙醇成分进行蒸发，导致自然乳化，最终发生油水分离，使得在悬浮液滴内实现液-液相分离成为可能。这在阐明液滴动力学方面具有学术价值，同时提出了利用声场进行非接触流体操纵以实现“液滴实验室”的可能性。就所取得的成果而言，2022年做了3次会议报告，发表了1篇原始论文和1篇综述论文。

项目成果

期刊论文数量（31）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Acoustic Levitation From Physics to Applications

声悬浮从物理到应用

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Duyang Zang;Asier Marzo;Marco A. B. Andrade;Xiao-Peng Chen;Zehui Zhang;Kangqi Liu;Koji Hasegawa;Yanju Wei;Da-Chuan Yin;Soichiro Tsujino;Takashi Tomizaki
通讯作者：
Takashi Tomizaki

Heat and mass transfer characteristics of binary droplets in acoustic levitation