JP6792246B2 - 物質の濡れ性評価方法及び評価装置 - Google Patents
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Description
本開示は、一態様において、物質の濡れ性を評価する方法(本開示の評価方法)に関する。本開示の評価方法は、表面が露出した物質の表面に気体を噴射すること、前記気体の噴射を継続しながら、前記気体の噴射位置とは異なる位置に液体を供給すること、前記液体の供給を停止すること、前記液体の供給停止後に、前記物質における表面が露出した領域の大きさ及び形状、並びに前記液体の挙動からなる群から選択される少なくとも一つを観察すること、及び前記観察により得られた情報に基づき、前記物質の濡れ性を評価することを含む。
本開示の評価方法は、濡れ性の評価を行う物質に対して、表面が露出した状態で、該表面に気体を噴射することを含む。
本開示の評価方法は、上記の気体の噴射を継続しながら、該表面に液体を供給することを含む。該液体は、上記気体の噴射位置とは異なる位置に供給する。
本開示の評価方法は、液体の供給停止後に、物質における表面が露出した領域(阻止領域)の大きさ及び形状、並びに液体の挙動からなる群から選択される少なくとも一つを観察することを含む。噴射された気体の噴流によってエアパージ領域が形成された物質の表面に、エアパージ領域の外側から所定の量の液体を供給すると、噴射された気体の噴流圧と、液体及び物質間の表面張力とが略つり合って略平衡状態になる。その状態において、物質の表面には、表面露出した領域と、液体で覆われた領域とが形成される。本開示において「物質における表面が露出した領域(阻止領域)」とは、上記の噴流圧と表面張力とが略平衡状態となった時点において、物質の表面が露出した領域のことをいう
本開示の評価方法は、上記の観察により得られた情報に基づき、物質の濡れ性を評価することを含む。
本開示は、その他の態様において、物質の濡れ性を評価するための装置(本開示の評価装置)に関する。本開示の評価装置は、一又は複数の実施形態において、物質に気体を噴射する手段、前記物質の表面に液体を供給する手段、及び前記気体噴射手段と前記液体供給手段とを制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記物質への気体噴射開始後かつ気体の噴射を継続しながら、前記物質の表面に液体を供給するように、前記気体噴射手段と前記液体供給手段とを制御することを含む。本開示の評価装置は、一又は複数の実施形態において、本開示の評価方法による物質の濡れ性の評価を行うことができる。
〔1〕 物質の濡れ性を評価する方法であって、
表面が露出した前記物質の表面の一部に気体を噴射すること、
前記気体の噴射を継続しながら、前記気体の噴射位置とは異なる位置に液体を供給すること、
前記液体の供給を停止すること、
前記液体の供給停止後に、前記物質における表面が露出した領域の大きさ及び形状、並びに前記液体の挙動からなる群から選択される少なくとも一つを観察すること、及び
前記観察により得られた情報に基づき、前記物質の濡れ性を評価することを含む、評価方法。
〔2〕 前記観察は、前記気体の噴射中に行うことを含む、〔1〕記載の評価方法。
〔3〕 前記液体の供給停止後に、前記気体の噴射を停止することを含み、
前記気体の噴射停止後に、前記観察を行うことを含む、〔1〕又は〔2〕記載の評価方法。
〔4〕 前記気体の噴射は、前記物質の表面に対して略垂直方向に噴射することを含む、〔1〕から〔3〕のいずれかに記載の評価方法。
〔5〕 物質の濡れ性を評価するための装置であって、
前記物質の表面に気体を噴射する手段、
前記物質の表面に液体を供給する手段、及び
前記物質への気体噴射開始後に液体を供給するように、前記気体噴射手段と前記液体供給手段とを制御する制御手段を備える、評価装置。
〔6〕 前記制御手段は、前記気体噴射手段によって気体が噴射される位置とは異なる位置に液体を供給するように、前記液体供給手段を制御することを含む、〔5〕記載の評価装置。
〔7〕 物質における表面の少なくとも一部を観察する手段をさらに備える、〔5〕又は〔6〕記載の評価装置。
下記装置を使用し、超純水を用いて、非処理ポリスチレン及び真空プラズマ(VGP)処理ポリスチレンの濡れ性を評価した。
<物質>
非処理ポリスチレンは、非処理のディッシュ(Product#351007、FALCON,Corning Incorporated)(φ60mm,Material:Polystyrene,Surface Treatment:Not Treated)を使用した。
VGP処理ポリスチレンは、VGP処理されたディッシュ(Product#353002、FALCON,Corning Incorporated)(φ60mm,Material:Polystyrene,Surface Treatment:VGP Treated)を使用した。
測定装置は、気体噴射用ノズル、カメラ及び照明を備え、気体噴射用ノズルは、物質が配置されるステージ(台)の鉛直上方に配置した。
カメラは、産業用カメラ(画素数:4Mピクセル、素子:1”CMOS)を使用し、照明はLED照明を使用し、気体噴射用ノズルは、内径500μmのノズルを使用した。
ディッシュを測定装置に配置し、気体噴射用ノズルの高さ(ノズルの噴射口と液体表面との距離)は、15mmになるように設定した。気体噴射用ノズルからノズル圧10kPaの圧縮空気をディッシュ表面の中央付近に噴射し、ディッシュ中央にエアパージ領域を発生させた。該圧縮空気の噴射を継続してエアパージ領域を発生させた状態で、ディッシュの側壁面を沿うようにピペットで超純水を5mL供給した。その後、略5秒間気体の噴射を継続した後、噴射を停止した。その結果を図5A又はBに示す。
物質の表面に超純水5mLを供給して物質の表面全体を超純水で覆った後、該表面に圧縮空気を10秒間ノズルから噴射した以外は、実施例1と同様に行った。その結果を図5C又はDに示す。
VGP処理ポリスチレンは、非処理ポリスチレンよりも超純水に対して濡れ性が高いことが知られている。つまり、気体を噴射後に液体を供給した実施例1の方法によって、物質の濡れ性の違いを評価することができた。
上記の結果から、気体を噴射後に液体を供給して濡れ性を評価することによって、物質の濡れ性をより正確にできる可能性が確認できた。
液体金属(Ga61%−In25%−Sn13%)を用いて、VGP処理ポリスチレンの濡れ性を評価した。
VGP処理ディッシュ:Product#353001(FALCON,Corning Incorporated,φ35mm,Material:Polystyrene,Surface Treatment:VGP Treated)
VGP処理ディッシュとして下記ディッシュを使用し、ディッシュ表面に液体金属を5mL供給してディッシュ表面を液体金属で覆った後、ノズル圧47kPaの圧縮空気をノズルから1秒間噴射した以外は、実施例2と同様に行った。その結果を図7に示す。
VGP処理ディッシュ:Product#353002(FALCON,Corning Incorporated,φ60mm,Material:Polystyrene,Surface Treatment:VGP Treated)
これに対し、比較例2では、図7に示すように、予め供給した液体金属がポリスチレン表面に接触して被膜を形成した。このため、液体金属供給後に圧縮空気を噴射してもディッシュ表面の液体金属を除去することができず(除去領域が形成されず)(図7、画像2〜4)、液体金属のポリスチレンに対する濡れ性を評価することができなかった。
超純水及び70%エタノールを用いて、非処理ポリスチレン及びVGP処理ポリスチレンの濡れ性を評価した。評価は、ノズル圧を30kPaとした以外は、実施例1と同様に行った。その結果を下記表1及び図8に示す。
<物質>
・非処理ポリスチレン:
非処理ディッシュ(Product#351007,FALCON,Corning Incorporated)(φ60mm,Material:Polystyrene,Surface Treatment:Not Treated)
・VGP処理ポリスチレン:
VGP処理ディッシュ(Product#353002,FALCON,Corning Incorporated)(φ60mm,Material:Polystyrene,Surface Treatment:VGP Treated)
これらの結果により、液体供給前に物質に阻止領域を形成するとともに、供給する液体の種類を変化させることによって、物質の濡れ性を比較できることが確認できた。
液体金属(Ga61%−In25%−Sn13%)を用いて、非処理ポリスチレン及びVGP処理ポリスチレンの濡れ性を評価した。評価は、ノズル圧を30kPaとし、液体金属の供給量を2mL又は4mLとした以外は、実施例1と同様に行った。その結果を図9に示す。
図9に示すように、いずれも、圧縮空気噴射中は、ディッシュ中央に円形の阻止領域が形成された。また、非処理ポリスチレン及びVGP処理ポリスチレンのいずれも、液体金属の供給量を2mLとした場合に比べ、4mLとした方が、圧縮空気噴射中に形成される阻止領域の大きさが小さかった。これにより、物質に供給する液体の供給量を変化させることによって、圧縮空気噴射中に形成される阻止領域の大きさが異なることが確認できた。
よって、液体供給前に物質に阻止領域を形成するとともに、供給する液体の量を変化させることによって、物質の濡れ性をより詳細に評価できることが示唆された。
Claims (7)
- 物質の濡れ性を評価する方法であって、
表面が露出した前記物質の表面の一部に気体を噴射すること、
前記気体の噴射を継続しながら、前記気体の噴射位置とは異なる位置に液体を供給すること、
前記液体の供給を停止すること、
前記液体の供給停止後に、前記物質における表面が露出した領域の大きさ及び形状、並びに前記液体の挙動からなる群から選択される少なくとも一つを観察すること、及び
前記観察により得られた情報に基づき、前記物質の濡れ性を評価することを含む、評価方法。 - 前記観察は、前記気体の噴射中に行うことを含む、請求項1記載の評価方法。
- 前記液体の供給停止後に、前記気体の噴射を停止することを含み、
前記気体の噴射停止後に、前記観察を行うことを含む、請求項1又は2記載の評価方法。 - 前記気体の噴射は、前記物質の表面に対して略鉛直上方から行うことを含む、請求項1から3のいずれかに記載の評価方法。
- 物質の濡れ性を評価するための装置であって、
前記物質の表面に気体を噴射する手段、
前記物質の表面に液体を供給する手段、及び
前記物質への気体噴射開始後かつ気体の噴射を継続しながら、前記物質の表面に液体を供給するように、前記気体噴射手段と前記液体供給手段とを制御する制御手段を備える、評価装置。 - 前記制御手段は、前記気体噴射手段によって気体が噴射される位置とは異なる位置に液体を供給するように、前記液体供給手段を制御することを含む、請求項5記載の評価装置。
- 物質における表面の少なくとも一部を観察する手段をさらに備える、請求項5又は6記載の評価装置。
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