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メインコンテンツにスキップ グローバルメニューにスキップ | フッターにスキップ メニューボタン 対象者別 ">入学希望の方">卒業生の方">地域・一般の方">企業・メディアの方">在学生">教職員 探す アクセス Language JP EN TOPニュース・イベント【研究発表】解明！壁に吹き付けられた泡沫はいつ液体を失うのか？ 〜泡沫の長時間保持とその応用に期待〜https://www.tmu.ac.jp/news/topics/31601.html 2022.02.25 【研究発表】解明！壁に吹き付けられた泡沫はいつ液体を失うのか？ 〜泡沫の長時間保持とその応用に期待〜 報道発表 １.概要 　生クリームやカプチーノなどの食品から、ハンドソープや洗顔フォーム、食器洗い用洗剤の泡などの日用品、さらには消火用の泡まで、我々は様々な場面で泡沫（フォーム）を利用しています。壁に吹き付けられた泡沫は液体とは異なり、すぐには流れ落ちず、ある程度の時間、壁にとどまります。そのため、泡沫に殺菌剤などの有効成分を含ませることで、長時間、有効成分の効果を発揮させることが可能です。一方で、条件によっては泡沫から液体が流れ出てしまうことがあります。しかし、重力下における泡沫の挙動については解明されていないことが多くありました。　東京都立大学大学院理学研究科物理学専攻の谷茉莉助教、栗田玲教授らの研究グループは、壁に吹き付けられた泡沫が、重力によっていつ液体を失うのかに着目し、シンプルなモデル実験と理論から、泡沫が液体を失う物理的条件を明らかにしました。このようなメカニズムの解明は、泡沫を特定の場所に長時間保持させるために重要であり、効率よく有効成分の機能を発揮させることが可能となります。たとえば、少量の溶剤で効率よく洗浄を行うことが可能となり、この研究結果はSDGsの観点からも重要です。 ■本研究成果は、２月22日付けでRoyal Society of Chemistryが発行する英文誌Soft Matterに発表されました。論文中の一部の図はback coverにも選出されています。本研究の一部は、学術振興会科学研究費補助金（若手研究No. 20K14431および基盤B No. 17H02945、No. 20H01874）の支援を受けて行われました。 ２.ポイント 壁に吹き付けられた泡沫が、壁にとどまるための条件を知ることは重要な課題でした。 重力下において、泡沫の下端から液体がちぎれる場合があることを発見し、そのメカニズムを明らかにしました。 泡沫からの液体流出を防ぐためには、泡沫に含まれる総液体量を少なくすること、また液体流出までの時間を長くするために気泡を細かくすることが重要であることがわかりました。 ３.研究の背景 　泡沫とは、液体中に多数の気泡が高密度に詰まった状態であり、泡沫中の気泡同士は液膜によって仕切られています。この液膜はプラトー境界（注１）と呼ばれる液体の流路に連結しており、泡沫中で流路はネットワークを構成しています。そのため、泡沫に重力が働くと、このネットワークを通じて泡沫の上部から下部に向かって液体が流れていきます。この排水（注２）の効果によって、泡沫は上の方が乾いた泡沫へ、下の方が湿った泡沫へと変化していきます。さらに、本研究グループの先行研究により、乾いた泡沫では、一枚の液膜の破裂が引き金となり、次々と液膜が破裂される協同的崩壊が起きることがわかっています。　風呂の壁など、鉛直な壁に吹き付けられた泡沫内でも、この排水の効果によって、下の方に液体が溜まっていくことが観察されます。さらには、泡沫の下端に溜まった液体が泡沫からちぎれる場合もあります。この時、泡沫は一度に多くの液体を失うことになり、殺菌成分なども流れてしまうため、機能性が一気に低下します。しかし、鉛直な壁に吹き付けられた泡沫の振る舞いの詳細や、液体がちぎれる物理的条件やメカニズムは、これまで解明されていませんでした。　そこで今回、泡沫の下端に液体が溜まってちぎれる様子を直接観察することで、液体がちぎれるメカニズムの解明と、その条件を理論的に確立することを目指しました。 ４.研究の詳細 　本研究グループは、食器洗い用洗剤を薄めた溶液にポンプから気体を注入することで、泡沫を作成しました。その泡沫を平行板で挟み、気泡が一層の円形の泡沫（泡沫滴と呼びます）となるようにしました。その後、このセルを傾けることで、重力によって泡沫滴がどのように運動するかをカメラで撮影しました（図１a）。その結果、泡沫滴の下端に溜まった液体がちぎれる場合があることがわかりました。この液滴がちぎれる様子は、水道の蛇口などから水滴がちぎれる様子によく似ていることから、この液滴ちぎれをピンチオフ（注３）と呼びます。一方で、泡沫滴が一体のまま下降し、ピンチオフが起きない場合もあることがわかりました（図１b）。 図 1 平行板に挟まれた泡沫滴の重力下での振る舞いの様子。(a) 泡沫滴の下端に溜まった液体がピンチオフする場合。(b) ピンチオフが起きず、泡沫滴が一体のまま運動する場合。 　これらのモードがそれぞれどのような場合に見られるのかを確かめるために、泡沫の下に溜まった液体の質量を横軸に、泡沫滴の面積を縦軸にグラフを作成したところ、下に溜まった液体質量㎖がある値を超えた場合に、ピンチオフが起きることがわかりました（図２a）。さらに、泡沫や平行板の間隔 D、平行板の傾き角 αを変えた実験により、泡沫滴下端から液体がピンチオフする条件は以下の式で説明できることがわかりました。 mℓ>mℓ*=2Dγ ⁄ (g sin⁡ α) ここで、mℓは泡沫滴下端に溜まった液体質量、 Dは平行板の間隔、γは溶液の表面張力、gは重力加速度、αは平行板の傾き角を表します。すなわち、ピンチオフを避けるためには、泡沫滴下端に溜まる液体の質量mℓを、理論式で決まる閾値以下にする必要があることがわかりました。そのためには、液体分率（注４）が高い（湿った）泡沫の場合には泡沫滴の面積は小さくする必要があり、逆に液体分率が小さな（乾いた）泡沫の場合には泡沫滴の面積は比較的多くても良いことがわかりました（図２b）。この閾値は、泡沫内の気泡サイズには依存しませんが、小さな気泡の場合には排水が進むのが遅くなるために、泡沫滴下端に液体がたまるのが遅くなり、ピンチオフが起きるまでの時間が長くなります。また、壁に３次元的に泡沫滴を貼り付けた場合にも、ピンチオフが起きる条件は、平行板の場合と同様に説明できることがわかりました（図３）。このことから、泡沫滴からの液体のピンチオフは、次元性や泡沫滴の形状に依存しない一般性をもっているといえます。以上のことから、泡沫滴における液体ピンチオフによる液体流出を防ぐためには、泡沫滴に含まれる液体の絶対量を小さくすること、気泡を細かくして泡沫滴の下端に液体が溜るのを遅くすることが重要であることがわかりました。 図 2　ピンチオフが起きる条件。(a) ピンチオフは泡沫滴の下に溜まった液体質量がある閾値を超えると起こる。(b) ピンチオフは泡沫の液体分率が大きく、泡沫滴の面積が大きい方が起こりやすい。 図 3　ピンチオフが起きる条件（３次元の場合）。泡沫滴に含まれる液体の質量がある閾値を超えると、ピンチオフが起こる。 ５.研究の意義と波及効果 　泡沫は、食品や化粧品、洗剤など、日常的によく見かけることができます。顔にシェービングフォームを塗ったり、壁に洗浄用の泡沫を吹き付けたりなど、重力が影響する環境での泡沫の制御条件を明らかにすることは重要な課題でした。　今回の研究により、壁に吹き付けられた泡沫の下端から液滴がちぎれる条件が明らかになりました。この液体ちぎれを防ぐためには、泡沫に含まれる液体の絶対量を減らすこと、すなわち、湿った泡沫であれば体積を小さく、体積の大きな泡沫であれば液体分率を低くすることが重要であることがわかりました。また、泡沫の気泡を細かくすることで、液体の排水が遅くなるために、液体ピンチオフまでの時間がかかることもわかりました。液体のピンチオフを防ぎ、長時間同じ場所に保持することは、産業効率を高め、無駄を少なくするためSDGsの達成にも大きく貢献すると考えられます。 【用語解説】 （注１）プラトー境界（Plateau Border）：泡沫中の気泡同士を結ぶ液体でできた流路のこと。 （注２）排水：重力の影響により、泡沫中で液体が下に輸送されること。その結果、泡沫の上の方は液体分率の低い乾いた泡沫に、下の方では液体分率の高い湿った泡沫になる。 （注３）ピンチオフ：水道の蛇口などに垂れ下がった液体がちぎれること。液体にかかる重力が、液体の表面張力よりも大きくなったときに起こることが知られている。 （注４）液体分率：単位体積の泡沫中に含まれる液体の体積。 【発表論文】 “Pinch-off from a Foam droplet in a Hele-Shaw cell”Marie Tani and Rei KuritaSoft Matter（2022）https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/SM/D1SM01268ADOI: 10.1039/D1SM01268A ６．問合せ先 （研究に関すること）東京都立大学大学院 理学研究科 物理学専攻 助教 谷茉莉TEL：042-677-2484　E-mail: &＃x6d;t&＃97;&＃x6e;&＃x69;&＃x40;t&＃109;&＃x75;&＃x2e;&＃x61;&＃x63;.&＃x6a;&＃x70;（大学に関すること）東京都公立大学法人東京都立大学管理部企画広報課広報係TEL：042-677-1806　E-mail: in&＃102;&＃x6f;&＃x40;&＃x6a;&＃x6d;j.t&＃x6d;&＃117;&＃46;&＃x61;c&＃46;&＃x6a;&＃112; 理学研究科 物理学専攻 谷茉莉 助教 報道発表資料(1.4MB)元のページに戻る 最新のニュース 2024.05.29 お知らせ 【重要】2024年度前期　一般学生　授業料減免申請 追加申請受付について 2024.05.24 お知らせ 【研究発表】一度の激しい運動がその後の身体活動量と体温を下げ体重を増やしてしまう 2024.05.17 お知らせ 【研究発表】溶液と固体の状態で円偏光を発光するキラルな亜鉛錯体の開発に成功－溶液と個体とで円偏光の回転方向が反転　新たな発光デバイスへの応用に期待－ 2024.05.16 お知らせ 【研究発表】過去77年間の小笠原諸島の植生変化を解明 －過去の人為的攪乱の履歴が、生態系の復元可能性に影響－ 2024.05.13 お知らせ 【研究発表】電気を流し、室温強磁性を示す希土類酸化物を発見－スピントロニクス材料としての応用に期待－ Page top 大学について学部・大学院教育の特長研究・産学公連携国際展開・留学学生生活・キャリア入試案内キャンパス・施設案内ニュース・イベントHOT TOPICS教員紹介 入学希望の方卒業生の方地域・一般の方企業・メディアの方在学生教職員 お問い合わせ関連リンクサイトマップサイトポリシープライバシーポリシーソーシャルメディアポリシーWEBマガジンメトロノワ調達・契約情報 ©2024 Tokyo Metropolitan Public University Corporation Follow Us都立大X都立大Channel Open/Close大学についてOpen/Close大学の目的・使命学長メッセージ学長メッセージ ＜メディア＞TMU Vision 2030Open/Close大学概要沿革組織図センター・機構学生数教職員数学則・規則施設概要設置認可申請書等東京都立大学の評価活動について数字で見る東京都立大学動画で見る東京都立大学シンボルマーク大学の校歌Open/Close教育情報の公表大学の教育研究上の目的・３ポリシー教育の3つのポリシー（学部）教育の3つのポリシー（大学院）教育研究上の基本組織アセスメント・ポリシー大学院（専門職大学院を除く）の学位論文審査基準授業に関すること成績評価基準、卒業・修了認定基準等メディア掲載Open/Close学部・大学院人文社会学部法学部経済経営学部理学部都市環境学部システムデザイン学部健康福祉学部Open/Close大学院 研究科・専攻一覧人文科学研究科法学政治学研究科経営学研究科理学研究科都市環境科学研究科システムデザイン研究科人間健康科学研究科大学院分野横断プログラム再編前の学部・大学院Open/Close教育の特長Open/Close革新的なカリキュラム基礎科目群教養科目群基盤科目群キャリア教育・インターンシッププログラム文理の枠を超えた履修推奨科目副専攻グローバル教育教職課程・学芸員養成課程文理教養プログラム学びのスタイル副専攻教職課程・学芸員養成課程教育基盤強化事業Open/Close教育改革推進事業首都大学東京 教育改革推進事業 FD活動都立大の教学IR ~Institutional Research~ベスト・ティーチング・アワードOpen/Close研究・産学公連携Open/Close研究センター、リサーチコア宇宙理学研究センター生命情報研究センター水道システム研究センター子ども・若者貧困研究センターソーシャルビッグデータ研究センター金融工学研究センター水素エネルギー社会構築推進研究センター医工連携研究センター量子物質理工学研究センターエネルギーインテグリティーシステム研究センター島嶼火山・都市災害研究センターコミュニティ･セントリック･システム研究センター言語の脳遺伝学リサーチコアサービスロボットインキュベーションハブリサーチコア（略称：serBOTinQ)高度研究東京都立大学 若手研究者等選抜型研究支援特別栄誉教授等制度・特別招聘教授制度共同研究・受託研究・学術相談・特定研究寄附金知的財産大学等発ベンチャー支援産学公連携スペース TMU Innovation Hub研究力強化推進プロジェクトローカル5G環境を活用した最先端研究都立大の先端研究に迫る傾斜的研究費一覧Open/Closeコンプライアンス・内部統制研究費の不正使用防止に対する取組（相談窓口・通報窓口の案内はこちら）研究活動の不正行為等防止に対する取組（通報窓口の案内はこちら）研究倫理利益相反マネージメント安全保障輸出管理Open/Close国際展開・留学多彩な留学制度／留学プログラムグローバル人材育成についてGlobal Discussion Camp（GDC）国連アカデミック・インパクト外国人留学生支援Open/Close国際交流協定協定校一覧（全学）(250KB)協定校一覧（部局間）(346KB)国際化基本方針国際化推進体制理学部生命科学科　英語課程 英語で学位が取得できるプログラムPickup！都立大の国際化 「東京都立大学ならではの体験ができる交換留学制度――異文化を肌で感じた記憶はその後の人生を変える」By 朝日新聞Thinkキャンパス広告記事Open/Close学生生活・キャリアOpen/Close学修サポート学生の修学支援主体的学修支援セミナーTA（ティーチングアシスタント）等Open/Close学生サポート学生相談室保健室ダイバーシティ推進室ボランティアセンター保険の加入学生課Open/Close施設の利用図書館連絡バス美術館の無料入場等学生寮などOpen/Closeキャンパスライフ学生広報チームpresents動画クラブ＆サークルFIND YOURSELF AT TMU(2.2MB)都立大生の1日VLOG！理系・文系の学生比べてみたBy朝日新聞YouTubeチャンネル【土佐兄弟の大学ドコイク】Open/Closeキャリア・就職キャリア支援・各種サポートキャリア支援課大学院進学Pickup！キャリア支援 「1年次から履修可能な現場体験型のキャリア授業で、未来の自分を考える」By 朝日新聞Thinkキャンパス広告記事学費・減免制度・奨学金制度等Open/Close入試案内Open/Close学部入試アドミッション・ポリシー学部入試概要【2024年5月24日更新】外部英語検定試験の利用について（2025年度以降一般選抜）インターネット出願入学者選抜要項・学生募集要項入試Q&A一般選抜の入試結果【2024年5月27日更新】(133KB)多様な選抜の入試結果【2024年4月26日更新】(146KB)募集人員【2023年7月7日更新】(313KB)オープンキャンパス・説明会資料請求・お問い合わせ入学考査料・入学料・授業料Open/Close学部入試制度改正2024年度2025年度2026年度Open/Close大学院入試大学院のシステムアドミッションポリシー大学院入試概要大学院学生募集要項大学院進学後の進路状況入学考査料・入学料・授業料資料請求・お問い合わせ大学案内・大学院案内Open/Closeキャンパス・施設案内キャンパスマップCampus Gallery図書館光の塔牧野標本館交通アクセスエコキャンパス・グリーンキャンパス電力使用状況イベントカレンダー教員紹介 入学希望の方卒業生の方地域・一般の方企業・メディアの方在学生 お問い合わせ関連リンクサイトマップサイトポリシープライバシーポリシーソーシャルメディアポリシーWEBマガジンメトロノワ調達・契約情報 JP EN Follow Us都立大X都立大Channel