Development of noncontact droplet manipulation method by photochromic interfacial flow

光致变色界面流非接触液滴操控方法的发展

基本信息

批准号：
17J08117
负责人：
武藤真和
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Tokyo University of Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

平成30年度は，液滴駆動が2種類の駆動因子 (ラプラス圧と濃度差マランゴニ対流) を有しており，その支配因子が液滴サイズにより異なることを実験により示した．また，昨年度の実験で不明瞭だった，異性化分子の混合が液滴駆動の減速に与える影響については，数値計算により立証された．以下に，実験の経緯を記す．ガラス管内のμL液滴の操作において，液滴前方のガラス管壁面に張られた厚さ数ミクロンの薄膜に内部流動が生じることをPIV計測法により確認した．そこで，液滴を遮光板で隠し，実験開始時に薄膜のみに紫外光を照射する実験を試みた．その結果，固定された遮光板からメニスカスが露出した直後，液滴の駆動速度が急激に上昇した．ここで液滴駆動は，メニスカスの露出以前で等速直線運動を，露出後で減速運動（ラプラス圧に依る運動）をそれぞれ示した．そこで，等速直線運動時の駆動メカニズムを解明するため，接触線近傍に作用する駆動力を記述する式の構築を試みた．結果として，等速直線運動時の液滴駆動速度は異性化分子の濃度勾配と動的接触角の正接の積が一定となる条件が必要なことが判明した．よって，ラプラス圧とは異なるもう１つの駆動因子の存在が示唆され，本研究ではこの駆動因子を（メニスカス側から薄膜側へ移動した異性化分子の濃度勾配により誘起する）濃度差マランゴニ対流であると結論づけた．また，従来の１/５倍の直径を有するガラス管を用いてnL液滴を操作した結果，薄膜の厚さにより駆動方向と速度が変化することから，薄膜内部流（濃度差マランゴニ対流）を駆動源としていることが示唆された．以上より，本操作法が2種類の駆動因子を使い分けることで幅広いサイズの液滴に適応可能な操作法であることを示した．

2018年，我们通过实验证明，液滴驱动有两种驱动因素（拉普拉斯压力和浓度差马兰戈尼对流），并且控制因素根据液滴尺寸的不同而不同。此外，去年实验中尚不清楚的异构化分子混合对液滴驱动减速的影响，通过数值计算得到了验证。实验的详细内容如下所述。当在玻璃管中操作μL液滴时，我们通过PIV测量证实，在液滴前面的玻璃管壁上拉伸的几微米厚的薄膜中发生了内部流动。因此，我们尝试了在实验开始时用遮光板隐藏液滴并仅用紫外线照射薄膜的实验。结果，在弯液面从固定遮光板暴露之后，液滴驱动速度立即迅速增加。在这里，液滴驱动器在弯液面曝光之前表现出均匀的线性运动，并且在曝光之后表现出减速运动（由于拉普拉斯压力而产生的运动）。因此，为了阐明匀速直线运动过程中的驱动机制，我们尝试构建一个方程来描述作用在接触线附近的驱动力。结果发现，匀速直线运动时的液滴驱动速度需要异构化分子的浓度梯度与动态接触角的正切值的乘积恒定的条件。因此，提出了不同于拉普拉斯压力的另一个驱动因素的存在，在本研究中，这个驱动因素是浓度差马兰戈尼对流（由异构化分子从弯液面侧向薄膜侧移动的浓度梯度引起）。我的结论是。此外，通过使用直径为传统玻璃管1/5的玻璃管来操纵nL液滴，我们发现驱动方向和速度会根据薄膜的厚度而变化，因此我们发现薄膜内部的流动（浓度差马兰戈尼对流）有人认为这是驱动源。上述结果表明，通过选择性地使用两种类型的驱动因素，该操作方法可以应用于各种尺寸的液滴。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

光誘起界面流れ

光诱导界面流

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
武藤真和
通讯作者：
武藤真和

光熱バルブによる液滴の軌道制御

使用光热阀控制液滴轨迹

DOI：
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
0
作者：
武藤真和; 山本憲; 山本誠; 元祐昌廣
通讯作者：
元祐昌廣

Photochemical migration of liquid column in a glass tube

玻璃管内液柱的光化学迁移

DOI：
10.1140/epjst/e2016-60217-y
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
2.8
作者：
Masakazu Muto; Yuya Ayako; Ken Yamamoto; Makoto Yamamoto; Yukishige Kondo; Masahiro Motosuke
通讯作者：
Masahiro Motosuke

優秀プレゼンテーション賞【第55回日本伝熱シンポジウム】

优秀演讲奖【第55届日本传热研讨会】