2012年研究カタログ
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■ 研究担当:辻内亨/兼松渉 ■ 計測フロンティア研究部門 不均質性解析研究グル-プ ■ 連携担当:山内幸彦 レーザ散乱による微小気泡の化学反応予測研究のポイント研究のねらい研究内容連携可能な技術・知財 ●膨張収縮する微小気泡の化学反応モニタリングに有効 ●ケミカルフリーな環境浄化や新材料創製に適用 ●化学反応に寄与する気泡のみ検出できる画期的な技術 液体中で超音波などの圧力波の伝搬に伴い高振幅時に微小気泡が生成され膨張収縮を繰り返します。気泡は急激な収縮時に周囲に衝撃波やジェットを生成し、分散、乳化などの機械的作用をもたらす一方、気泡内でできた高温高圧場による酸化剤が液相で化学反応を引き起こしたりします。応用として想定されるケミカルフリーな環境浄化や新材料創製のプロセスにおいて、本研究はレーザ散乱を用いて化学反応に寄与する気泡のみ検出する技術を提供します。化学反応に寄与する気泡のみ検出できる画期的な技術です。 定在波音場内で膨張収縮を繰り返す多数キャビテーション気泡へレーザ光を導入すると、気泡の膨張収縮に応じて散乱光は増減を繰り返します(図1)。この波形は、個々の気泡の波形の重ね合わせであるため、ピーク・ピーク値は気泡の数と相関する量です。超音波化学反応量と光強度ピーク・ピーク値空間和の溶存酸素濃度依存性は、キャビテーション発生に関する溶存濃度閾値が一致し、溶存濃度の増大とともに極大を示すことや高溶存濃度における低下の傾向についても一致します(図2)。本手法は微小気泡の反応予測に有効な技術といえます。●微小気泡の空間的不均一性の解析●超音波化学反応の定量的評価●特許第4858957号 (2011/11/11)「気泡添加による超音波化学作用を利用した液処理方法及び装置」●特許第4997407号(2012/05/25)「固体導入によるキャビテーション気泡増加方法」謝辞:本研究の一部は科研費(18560051)の助成を受けたものです。図1 気泡数と散乱光の関係図2 溶存酸素濃度を変化させたときの散乱光強度空間和と、KI水溶液への超音波照射により生成されたI3-の吸光度の関係吸光度散乱光ピーク・ピーク値の空間和溶存酸素濃度(mg/L)光強度(V)吸光度(a.u.)00.511.5987654300.050.10.150.20.250.3・・・気泡数に対応散乱光ピークピーク値・・・気泡振動の重ね合わせ同位相で膨張収縮する多数のキャビテーション気泡観測される散乱光の時間変化単一気泡からの散乱光の時間変化● 研究拠点中部センター412計測・計量標準分野第4会場S-57S-57

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