重慶大学における自動極小接触角計「MCA-J2」の導入
重慶大学 能源与動力工程学院 教授 顔笑先生
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重慶大学 能源与動力工程学院（School of Energy and Power Engineering） 教授 顔笑（Xiao Yan）先生 |
顔笑教授は清華大学で工学博士号を取得し、現在は重慶大学能源与動力工程学院にて修士・博士課程の学生の指導教官を務めています。博士号取得後、イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校（UIUC）および香港科技大学でポスドク研究を行いました。
微小液滴がエネルギー管理への扉を開く
Q： 先生の研究は具体的にどのような用途や方向性に関連していますか？
顔教授： 私は主にエネルギー分野における流体および熱伝達、特に微細スケール流体のエネルギーおよび運動量輸送プロセスとその制御に焦点を当てて研究しています。関連する研究成果は、高度な冷却技術などの開発を支援するものです。私の具体的な研究方法は、サンプル材料に噴霧された微小な水滴の挙動を観察することです。一方で表面特性や構造を評価し、もう一方で表面特性を利用して流体輸送プロセスを制御します。精密インクジェットシステムによって吐出される液滴は極めて小さく、重力の影響をほとんど受けないため、微細スケールの流体および熱伝達に関する研究を行うための理想的な条件が整っています。
精密な操作で実験がスムーズに
Q：自動極小接触角計「MCA-J2」を使用した後の評価や感想はありますか？
顔教授： インクジェットシステムにより、吐出位置の微調整や液量の制御が可能になります。これにより、実験条件の設定における自由度が高く、操作が非常に便利です。他メーカーのインクジェットシステムも使用したことがありますが、MCA-J2のインクジェットシステムは吐出の安定性という点で非常に優れています。
Q： 測定機器に関する提案やコメントはありますか？
顔教授： システムが複数の液滴を吐出できれば、実験の可能性がさらに広がるかもしれません。
Q： ご提案ありがとうございます。今後の製品設計・開発において検討させていただきます。
微小液滴内の流体運動の瞬間
Q： MCA-J2を使用した研究実験中に印象に残った経験はありますか？
顔教授： 探求の一環として、MCA-J2は実験中に興味深い液滴現象を偶然捉えました。2018年、私たちはこの記録画像を「Swimming Jellyfish（泳ぐクラゲ）」と名付け、ニコンに提出したところ、世界的な科学写真賞を受賞しました。この受賞により、画像は全米の博物館で展示され、雑誌『Nature』によって9月の最も美しい科学写真の1つとしても評価されました。 この画像が記録された瞬間は、界面現象によるものです。液滴に少量のアルコールを加えたことで界面での蒸発が起こり、表面張力の差によってこの現象が発生しました。この画像は当時のニコン受賞作品の中で唯一の非生物被写体でしたが、液滴内でのその遊泳する動きは、あたかも生命を持っているかのような想像力をかき立てるものでした。
MCA極小接触角計とその研究応用
Q： 学術研究や応用において、MCAはどのような意義や可能性を持っているとお考えですか？
顔教授： MCA-J2は私にとって深い意義を持っています。私の研究の方向性を導いたと言っても過言ではありません。MCA-J2は接触角の測定以外にも、他の観察研究に使用できます。私の研究分野であるエネルギー制御技術以外にも、微細科学や航空宇宙科学など、研究機関において他の研究用途や可能性があると考えています。 私がアメリカの大学で研究していた際、この装置を国内の研究者と共有したところ、彼らは非常に興味を持っていました。この装置がついに国内の大学に導入されたことは、非常に楽しみなことです。他の研究者がこの装置をどのように使用し、どのような研究を行うのかにも興味があります。私が以前この装置を使用した際、共同指導教官であるNenad Miljkovic教授といくつかの論文を執筆しており、MCA-J2の使用に関する詳細はその中に含まれています。
Q： MCA-J2の研究利用に関する貴重な経験を共有していただき、誠にありがとうございました。
MCA-J2を用いたYan教授による代表的な論文および微小液滴による界面研究
- - Xiao Yan, Soumyadip Sett, Lezhou Feng, Leicheng Zhang, Zhiyong Huang, Feng Chen, Nenad Miljkovic. (2019). “Swimming Jellyfish “: Visualizing Jet-Like Internal Flow in Coalescing Droplets. Journal of Heat Transfer, 141(10).
- - Xiao Yan, Zhiyong Huang, ..., Daniel Orejon, Feng Chen, Nenad Miljkovic (2019). Atmosphere-mediated superhydrophobicity of rationally designed micro/nanostructured surfaces. ACS Nano, 13(4), 4160-4173.
- - Xiao Yan, Feng Chen, ..., Zhiyong Huang, Nenad Miljkovic (2019). Hierarchical condensation. ACS Nano, 13(7), 8169-8184.
- - Xiao Yan, Yimeng Qin, ..., Jie Feng, Nenad Miljkovic (2020) Laplace pressure driven single droplet jumping on structured surfaces. ACS Nano, 14(10), 12796-12809.
- - Xiao Yan, Feipeng Chen, ..., Jie Feng, Nenad Miljkovic (2022) Micro-Scale Confinement and Wetting Contrast Enable Enhanced and Tunable Condensation. ACS Nano, 16(6), 9510–9522.
- - Xiao Yan, Bingqiang Ji, Lezhou Feng, Xiong Wang, Daolong Yang, Kazi Fazle Rabbi, …, Nenad Miljkovic (2022). Particulate–droplet coalescence and self-transport on superhydrophobic surfaces. ACS nano, 16(8), 12910-12921.
写真作品：『Swimming Jellyfish』
Yan, X., Sett, S., Feng, L., Zhang, L., Huang, Z., Chen, F., & Miljkovic, N. (2019). “Swimming Jellyfish “: Visualizing Jet-Like Internal Flow in Coalescing Droplets. Journal of Heat Transfer, 141(10).
【使用装置】自動極小接触角計 MCA-J2
材料表面における微小液滴の挙動は、通常、極めて短い時間かつ微細なスケールで発生します。そのため、実験プロセスにおいては、液滴生成の安定性、ボリューム制御の精度、そして画像記録の鮮明さが極めて重要となります。流体および伝熱研究に携わる研究者にとって、再現可能な条件下で材料表面上の単一マイクロドロップレットの挙動を観察できることは、実験研究の重要な基盤となります。
MCA-J2は、高精度なインクジェット滴下システムと高速画像記録機能を組み合わせており、研究者がマイクロドロップレットを安定的に生成し、材料表面での挙動を観察・分析することを可能にします。Yan教授の関連研究において、MCA--J2はマイクロドロップレットの接触角測定や実験観察に使用されており、信頼性の高い実験データの取得を支えています。
