微小電極を用いた濃度場計測による微小隙間内での粘性の異なる液相反応流場の解明

通过微电极测量浓度场阐明微间隙中不同粘度的液相反应流场

基本信息

批准号：
18760566
负责人：
長津雄一郎
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Nagoya Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18760566/
关键词：
微小電極液相反応流 Viscous fingering マイクロ空間

项目摘要

研究者代表者らの従来の研究において、ヘレ・ショウセル内に形成される化学反応を伴うMiscible viscous fingering (MVF)の反応性流れ場の物理モデルを考案した。しかしながら、その妥当性を検討するにはMVFの各領域、セルの深さ方向の各点における反応物濃度の詳細を実験的に知る必要がある。また、セルの深さ方向の二液体のシート状構造に関しても、類似の実験結果と低粘性溶液の色の濃さから判断して提唱されたものであり、実際にシート状構造が形成されているのかを実験的に確認した例は未だ無い。物理モデルの妥当性の検討、シート状構造の存在の確認のどちらにおいても、セル内に存在する溶液の濃度場を直接計測することができれば可能であると考えられる。しかしながら、ヘレ・ショウセルによって形成される微小空間のサイズを考えると、そのような計測は非常に困難であると予想され、それを可能にしたという研究は報告されていない。そこで研究者代表者は、従来主に生物学の分野で用いられてきた微小電極を利用して、ヘレ・ショウセル内に形成されるMVFの濃度場計測を行うことを考案した。微小電極には先端の感応部が数μmスケールのものがあり、本研究で用いた間隔が0.3mmのセルでも詳細な濃度場計測が可能であると考えられる。平成19年度は、微小電極を利用してセルの間隔方向の濃度場計測を可能にする実験手法を確立し、これをヘレ・ショウセル内に形成される化学反応を伴わないMVFに適用してシート状構造の存在とその形状の実験的な確認を試みた。得られた結果は従来考えられていた形状を表すものとは異なり、シート状構造領域では低粘性液体が主にセルの隙間の上半分に存在するというものになった。これを低粘性液体と高粘性液体の密度差に原因があると考え、低粘性液体の密度を上げた実験も行ったが、今回密度を変化させた範囲では明確な影響を確認できなかった。また、今後の課題として、実験精度の改善が挙げられる。

在之前的研究中，主要研究人员设计了混相粘性指法（MVF）反应流场的物理模型，其中涉及在 Helle-Shaw 池内形成的化学反应。然而，为了检验其有效性，有必要通过实验了解MVF每个区域以及单元深度方向上每个点的反应物浓度的详细信息。此外，基于相似的实验结果和低粘度溶液颜色的深浅，提出了两种液体在细胞深度方向上的片状结构，并表明片状结构实际上是尚未有实验证实其存在。可以直接测量细胞中溶液的浓度场，既可以检查物理模型的有效性，也可以确认片状结构的存在。然而，考虑到 Helle-Shocell 形成的微观空间的大小，这种测量预计将极其困难，而且还没有研究报道使之成为可能。因此，研究人员代表设计了一种使用传统上主要用于生物学领域的微电极测量Helle-Shaw池内形成的MVF浓度场的方法。一些微电极的尖端有一个数微米大小的敏感部分，并且认为即使使用本研究中使用的间距为 0.3 mm 的细胞也可以进行详细的浓度场测量。 2007年度，我们确立了可以使用微电极测量细胞间隔方向的浓度场的实验方法，并将其应用于在Helle-Shaw细胞内形成的不涉及化学反应的MVF试图通过实验证实这种结构的存在和形状。所得结果与之前认为的形状不同，表明在片状结构区域中，低粘度液体主要存在于单元间隙的上半部分。我们假设这是由于低粘度和高粘度液体之间的密度差异造成的，并进行了增加低粘度液体密度的实验，但我们无法确认在该范围内有任何明显的效果。我们改变了密度。此外，未来的挑战是提高实验准确性。