共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 微小重力環境を利用した氷結晶成長界面での微細粒子の補足押し出し現象の研究
研究代表者／所属 九州工業大学工学部物質工学科
研究代表者／職名 教授
研究代表者／氏名 向井楠宏

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

1

 中大路裕貴 九州工大大学院工学研究科 修士課程2年

2

 古川義純 北大低温研

研究目的 表面活性剤の濃度分布や温度分布により形成される界面張力勾配中に気泡が存在すると、その勾配により期方が運動することが観察される。このような場に、固体粒子が存在する場合に、固体粒子はどのような挙動を示すかはほとんど解明されていない。本研究では、温度勾配中にグラファイトの微粒子を置き、それらの挙動を干渉計により精密観察することを目的とする。この現象は、結晶成長界面でのタンパク質分子の挙動、生体内での情報伝達機構などとも密接に関連する。さらに、界面張力勾配による流体に関する基礎物理とも密接に関連する。
　　
研究内容・成果 　凝固の進行とともにこの濃度境界層内に入った気泡は、その表面の表面張力勾配によって界面に吸い寄せられる。平成13年度には、界面前面に形成される活性成分の濃度分布をマッハツェンダー干渉装置により実測し、その結果と気泡の運動の直接観察結果とを組合せることにより、上記の気泡が吸い寄せられ、界面に捕捉される現象を、航空機実験による微小重力場でのその場観察実験に成功した。更に、平成14年度には、気泡の代わりに、固体微粒子についても同様な実験を実施したが、気泡の場合に比べ移動量が格段に小さく、精度の良いデータを取得するにはいたっていない。
　このことから、15年度は微細な固体粒子の運動の可視化が可能である実験システムを構築し、温度勾配中での固体微粒子の挙動を解析した。実験装置は、ペルチェ素子を用いて一方向への温度勾配を自由に設定できるシステムとなっている。従来、観察セルは光学ガラスで作成され、マッハツエンダー干渉計に対応できるようなセルを用意し、このセル内にグラファイト微粒子を投入することで、微粒子の温度勾配中での運動挙動を測定した。
　その結果、水中を落下するグラファイト微粒子の落下速度が、温度勾配が大きくなるほど低下することを見出した。これは、温度勾配により微粒子に上向きに何らかの力が作用していることを意味している。
　この結果をもとに、今後完全に密閉できるタイプのセルを開発し、自由水面のない実験セル中での来年度以降の短時間微小重力実験の実施に向けた指針を示すことができた。
　本研究で使用しているマッハツエンダー干渉計と組み合わせた一方向成長装置は、北大低温研で独自に開発実験システムであり、低温研との共同研究として実施することにより本研究の目的がはじめて達成された。