音響キャビテーション気泡の帯電メカニズムの解明

阐明声空化气泡的充电机制

• 批准号: 22K14609
• 负责人: 李 香福
• 金额: $ 1.5万
• 依托单位: Japan Women's University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14609/
• 关键词: 音響キャビテーション気泡; ソノルミネセンス; 帯電

音響キャビテーション気泡は様々な分野への応用が期待され研究が行われている。音響キャビテーション気泡のより有効な適用には、気泡の動力学、圧壊時に生じる物理的・化学的作用など、気泡性質を解明する必要があるが、まだ十分に解明されていない。本研究では、音響キャビテーション気泡の電気的性質について調べる。先行研究では、水中のSL単一気泡（SBSL気泡）に直流電圧を印加してその時の気泡位置のずれ方向を観察した。その結果、SBSL気泡がプラスに帯電していることを実験的に示された。また、SBSL気泡のSL時間と移動距離の相関から、気泡の圧壊時に気泡内部で生成される化学反応物が、帯電に影響をすることが示唆された。気泡圧壊時の化学反応物が帯電に影響をすることを明確にするために、超音波周期と同期した交流電圧を位相を変えならSBSL気泡へ印加し、その時のSL信号を観察した。気泡径が最大になるときに電圧値が最大になるように印加した場合と、気泡圧壊時に電圧値がゼロになるように電圧を印加した場合はSL信号のタイミングに変化は見られなかった。しかし、気泡圧壊時に電圧値が最大値になるように印加した場合はSL信号のタイミングが最もずれる結果を示した。さらに、最大値が正の場合はSL信号のタイミングは電圧を印加していない時より早まり、最大値が負の場合で遅くなった。印加電圧の極性によるSL信号のタイミングのずれ方向は直流電圧を印加した場合と同じで方向であった。これらの結果はSL気泡はプラスに帯電していること、気泡の膨張と収縮のうち、収縮過程が極性決定に最も影響することが示唆し、圧壊時の気泡内部で生成される化学反応物が帯電の要因であることを示唆する。

正在研究声气泡气泡，希望被应用于各种田地。为了更有效地应用声气泡气泡，有必要阐明气泡特性，例如气泡的动力学以及粉碎过程中发生的物理和化学作用，但尚未完全了解。在这项研究中，我们研究了声气泡气泡的电性能。在先前的研究中，将直流电压应用于水中的单个SL气泡（SBSL气泡），以观察当时气泡位置的偏差方向。结果表明，实验表明SBSL气泡是正带带电的。此外，SBSL气泡的SL时间与行进距离之间的相关性表明，当气泡被压碎时，气泡内部产生的化学反应物会影响充电。为了阐明气泡塌陷时的化学反应物影响充电，如果改变相位，则将与超声周期同步的交流电压应用于SBSL气泡，并且当时观察到SL信号。当应用气泡直径以最大化电压值时，在SL信号的时间安排中未观察到变化，当气泡直径被压碎时，将气泡直径施加到零时。但是，当将电压值应用于气泡时，将电压值应用于最大值时，SL信号的时机是最大的偏差。此外，当最大值为正时，SL信号的时机比没有电压的时间快，并且当最大值为负时，时间较慢。由于施加电压的极性而导致的SL信号正时偏差与应用直流电压时相同。这些结果表明，SL气泡的充电为正电荷，并且在气泡的膨胀和收缩中，收缩过程最多影响极性测定，这表明在压碎时气泡内产生的化学反应物是充电的因素。