Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

熱物性 / 計測技術 / 2次元マッピング / 表面張力 / 粘性率 / リモートセンシング

これまで液体の表面張力は,毛細管法や静的法等によりバルクな平均値を長時間かけて測定するしかなかった。これに対して,本研究で提案するリプロン・スキャニングによる方法は,液面にレーザー光を照射しその散乱光を検知・解析するだけで,空間分解能:数十ミクロン,時間分解能:数ミリ秒,で表面張力分布を観測できる可能性を持っている。本方法は,従来の古典的な測定法とは根本的に異なり,申請者の独創的な発想に基づくものである。
本研究の目的は,すべての液体表面に存在するナノスケールの表面張力波(リプロン)の挙動をレーザー光スキャニング観測することによって,表面張力の2次元分布を計測する全く新たな手法を開発することであり,以下のような成果を得た。
(1)リプロン法による表面張力測定のための基本設備を改良し,これを液面スキャニングさせるために小型化する(畳1枚サイズ→A4サイズ)ために新たなマイクロ光学系を開発した。
(2)小型化した光学系全体をスキャニングさせるためのロボットモジュールを設計・製作し,光学系のスキャニングの位置決め精度等の問題をCCD変位センサによりチェックした。
(3)レーザー光をスキャンするために生じる,リプロンの波数選択誤差について理論的に検討し,必要に応じて新たな表面張力計算法や補正方法等を検討した。
(4)リプロン・スキャニングのシステム全体を構築し,有機溶媒や水などを基準サンプルとして,装置の健全性を検討した。
(5)表面張力が時間的に変動している系(有機溶媒が局所的に蒸発したり,温度分布,濃度分布のある系)について,本方法を適用しその可能性を明らかにした。

熱物性 / 計測技術 / リモートセンシング / 表面張力 / 粘性率 / 拡散係数

本研究の目的は、動的熱物性計測技術という新たな概念を提唱し、レーザーを用いた光学的方法により、高速・非接触・動的に多様な熱物性値(表面張力、粘性率、拡散係数など)をリモートセンシングできる技術を開発しようとするものであり、研究成果は以下のようにまとめられる。
(1)表面光拡散法(表面張力および粘性率)
液体表面レーザーを照射し、その散乱光を検知することによって、表面張力と粘性率を測定可能な表面光散乱法に改良を加え、新たな装置を開発した。この測定システムを利用して、以下の成果を得た。(a)高温媒体に関しては、塩化ナトリウムを対象として1000℃以上での測定精度の向上に関する検討を行い、溶融シリコンの表面張力・粘性率の測定を行った。温度範囲は融点(1685K)から1850Kであった。計123点の測定値から次の相関式を作成した。σ=800-0.13(T-1685)mNm^<-1>(b)クラスレート生成系に適用し、動的に表面張力と粘性率が測定可能なことを確認した。また、Xe-水系ではクラスレート解離後に界面張力と粘性率が数十%増加し、数時間という時定数で減衰している様子が初めて観測された。
(2)動的光散乱法(粘性率、拡散係数)
高温炉を導入し、溶融Li_2B_4O_7の粘性率を非接触で1000℃以上で測定し、本方法の適用性を確認した。また、Xe-水系のクラスレートハイドレート生成直前の拡散係数の変化を捕らえられるための装置を改良を行い、拡散係数の動的計測技術の可能性を検討した。

【研究分担者】
長島昭	慶應義塾大学	理工学部	教授	(Kakenデータベース)