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ホーム定在波音場(音響放射圧)を用いた微粒子捕捉装置の開発
SDGsの分類
研究テーマ
エネルギー・環境
学科の分類
工学部環境工学科

定在波音場(音響放射圧)を用いた微粒子捕捉装置の開発

工学部

環境工学科

環境エネルギー科学研究室

長田昭義 教授

共同研究者

眞銅雅子
超音波定在波中の浮遊液滴大気中微粒子のその場観測微粒子の注入・捕捉技術

大気中に浮遊する種々の微粒子の粒径・形状の識別および空間分布特性をその場観測して、各地域の発生源からの拡散・輸送現象を解明して環境問題の解決策に繋げる計測技術の確立を目的に、定在波音場(音響放射圧)を用いた微粒子捕捉装置の開発を行っています。

我々が考案した微粒子捕捉装置は、ランジュバン型超音波振動子と反射板の間に定在波音場を発生させて、定在波の音圧の低い節部に一定時間、微粒子を捕捉します。捕捉した微粒子に近赤外レーザを照射して、前方・側方の散乱光をフォトダイオードで同時受信・計測することで、捕捉微粒子の形状特性をその場観察・評価します。また、反射板を用いずに複数の音源を用いて、それぞれの信号の位相を制御して音圧の節と腹の位置が制御可能なデバイスも活用します(図1・図2)。

さらに、定在波の節部に捕捉する微粒子の新しい注入方法を提案します。大気中微粒子は浮遊状態であるため、定在波音場内へ直接に吸引導入が困難と思われます。そこで、微粒子を一旦、微小液滴内に閉じ込め、または微小シャボン膜に付着させて、金属製極細シリンダーを用いて定在波の音圧の節部に正確に注入・捕捉する技術を開発中です。種々の音響放射圧による定在波形状や捕捉状態はプローブマイクロホンやシュリーレン法を用いて見える化観察し、最適な定在波音場が実現できる音圧の配置を制御します。

本研究課題は、工学部電気電子システム工学科眞銅准教授と共同研究を行っています。

 
図1 定在波音場を用いた微粒子注入・捕捉装置の概念図
図2 a)1音源定在波、(b)2音源定在波によるスチロール球の浮遊観察、(c)実際の2音源定在波による単一液滴の浮遊観察

研究者INFO: 工学部 環境工学科 環境エネルギー科学研究室 長田昭義 教授

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