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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-10-23
(45)【発行日】2024-10-31
(54)【発明の名称】構造体、センサー、構造体の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01S 3/20 20060101AFI20241024BHJP
H01S 3/00 20060101ALI20241024BHJP
H01S 3/083 20060101ALI20241024BHJP
G01N 21/64 20060101ALI20241024BHJP
G01N 13/02 20060101ALN20241024BHJP
【ＦＩ】
H01S3/20
H01S3/00 A
H01S3/083
G01N21/64 F
G01N13/02
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2021128352
(22)【出願日】2021-08-04
(65)【公開番号】P2022133225
(43)【公開日】2022-09-13
【審査請求日】2024-02-21
(31)【優先権主張番号】P 2021031924
(32)【優先日】2021-03-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和３年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、戦略的創造研究推進事業「自己組織化によるトポロジカルマイクロ共振器の形成」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(73)【特許権者】
【識別番号】504171134
【氏名又は名称】国立大学法人 筑波大学
(74)【代理人】
【識別番号】100106909
【弁理士】
【氏名又は名称】棚井 澄雄
(74)【代理人】
【識別番号】100188558
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 雅人
(74)【代理人】
【識別番号】100169764
【弁理士】
【氏名又は名称】清水 雄一郎
(72)【発明者】
【氏名】山本 洋平
(72)【発明者】
【氏名】藤田 圭太郎
(72)【発明者】
【氏名】山岸 洋
【審査官】右田 昌士
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２００７／０８８７０３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開平０５－０６１０８０（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００６／０１１４９６０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】中国特許出願公開第１０４９０１１５０（ＣＮ，Ａ）
【文献】ZHANG, Meng et al.，Meridian whispering gallery modes sensing in a sessile microdroplet on micro/nanostructured superhydrophobic chip surfaces，Microfluidics and Nanofluidics，2019年，vol. 23, no.9，DOI:10.1007/s10404-019-2272-4
【文献】ZHANG, Han et al.，Microfluidic Ionic Liquid Dye Laser，IEEE Photonics Journal，2021年02月，vol.13, no.1，pp.1500308
【文献】NUHIJI, Edin et al.，Whispering gallery mode emission generated in tunable quantum dot doped glycerol/water and ionic liquid/water microdroplets formed on a superhydrophobic coating，Journal of Materials Chemistry，2011年08月07日，vol.21, no.29，10823頁-10828頁
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｓ ３／００ － ３／３０
Ｇ０１Ｎ ２１／６４
Ｇ０１Ｎ １３／０２
ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基材と、前記基材の一方の面を被覆する液滴形成膜と、前記液滴形成膜上に配置されたマイクロ液滴と、を備え、前記マイクロ液滴は、イオン性発光色素を含む不揮発性液体からなる球状の粒子であり、
前記液滴形成膜の表面に対する前記マイクロ液滴の接触角は、９０°以上であり、共振器を成し、
前記イオン性発光色素は、下記式（２）～（４）で表される化合物である、構造体。
【化1】
【化2】
【化3】
【請求項2】
前記マイクロ液滴の直径は、２μｍ以上１ｍｍ以下である、請求項１に記載の構造体。
【請求項3】
前記液滴形成膜の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、０．１μｍ以上５μｍ以下である、請求項１または２に記載の構造体。
【請求項4】
前記不揮発性液体は、表面張力が３０ｍＪ／ｍ２を超えるイオン液体、またはグリセロールである、請求項１～３のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項5】
前記イオン液体は、下記式（１）で表されるイミダゾリウムテトラフルオロホウ酸塩である、請求項４に記載の構造体。【化4】
【請求項6】
請求項１～５のいずれか１項に記載の構造体を備える、センサー。
【請求項7】
請求項１～５のいずれか１項に記載の構造体を備える、温度センサー、または流速センサー。
【請求項8】
請求項１～５のいずれか１項に記載の構造体の製造方法であって、基材の一方の面に液滴形成膜を形成する工程と、
前記液滴形成膜上に、イオン性発光色素を含む不揮発性液体を滴下して、前記不揮発性液体からなる球状のマイクロ液滴を形成する工程と、を有する、構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、構造体、およびそれを備えたセンサー、並びに構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、レーザー発振子として機能する液滴光共振器としては、大気組成や温度等が厳密に管理された密閉環境でのみで機能するものが知られている（例えば、非特許文献１参照）。また、レーザー発振子として機能する固体共振も知られている（例えば、特許文献１、非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第６３４４７５６号公報
【非特許文献】
【0004】
【文献】Ｅｄｉｎ Ｎｕｈｉｊｉ，Ｆｒａｎｃｏｉｓ Ｇ．Ａｍａｒ，Ｈｏｎｇｘｉａ Ｗａｎｇ，Ｎｏｌｅｎｅ Ｂｙｒｎｅ，Ｔｉｃｈ－Ｌａｍ Ｎｇｕｙｅｎｃ ａｎｄ Ｔｏｎｇ Ｌｉｎ，Ｗｈｉｓｐｅｒｉｎｇ ｇａｌｌｅｒｙ ｍｏｄｅ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｉｎ ｔｕｎａｂｌｅ ｑｕａｎｔｕｍ ｄｏｔ ｄｏｐｅｄ ｇｌｙｃｅｒｏｌ／ｗａｔｅｒ ａｎｄ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄ／ｗａｔｅｒ ｍｉｃｒｏｄｒｏｐｌｅｔｓ ｆｏｒｍｅｄ ｏｎ ａ ｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ ｃｏａｔｉｎｇ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２０１１，２１，１０８２３－１０８２８
【文献】Ｓｏｈ Ｋｕｓｈｉｄａ，Ｄａｉｃｈｉ Ｏｋａｄａ，Ｆｕｍｉｏ Ｓａｓａｋｉ，Ｚｈａｎ－Ｈｏｎｇ Ｌｉｎ，Ｊｅｒ－Ｓｈｉｎｇ Ｈｕａｎｇ，ａｎｄ Ｙｏｈｅｉ Ｙａｍａｍｏｔｏ，Ｌｏｗ－Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ Ｗｈｉｓｐｅｒｉｎｇ Ｇａｌｌｅｒｙ Ｍｏｄｅ Ｌａｓｉｎｇ ｆｒｏｍ Ｓｅｌｆ－Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ Ｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅｓ ｏｆ Ｓｉｎｇｌｅ－Ｓｏｒｔ Ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ，Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ２０１７，５，１７００１２３，１－７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来、常温、大気下で高い形状安定性をもつ液体光共振器およびレーザー発振子は存在しなかった。これは、室温、大気下において媒質である液体の蒸発を抑えることが原理的に困難であったからである。また、ほとんどの液体材料は表面張力が小さいため、液体材料は基板上で真球形状を形成することが困難であった。また、レーザー発振子は、液体材料の凝集に伴う発光・吸光特性の劣化により、発振閾値が上がってしまう。
また、固体共振器は、外部からの力による変異が僅かであるため、微小な力を光シグナルとして取り出すことが困難であった。
また、固体共振器は、外部からの力による変異が僅かであるため、微小な力を光シグナルとして取り出すことが困難であった。
【0006】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、常温、大気下において、長時間にわたって安定に光を発振することができ、かつ僅かな外部の力を光シグナルとして取り出すことが可能な構造体、およびそれを備えたセンサー、並びに構造体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は以下の態様を有する。
【0008】
［１］基材と、前記基材の一方の面を被覆する液滴形成膜と、前記液滴形成膜上に配置されたマイクロ液滴と、を備え、前記マイクロ液滴は、イオン性発光色素を含む不揮発性液体からなる球状の粒子であり、前記液滴形成膜の表面に対する前記マイクロ液滴の接触角は、９０°以上であり、共振器を成し、
前記イオン性発光色素は、下記式（２）～（４）で表される化合物である、構造体。
前記イオン性発光色素は、下記式（２）～（４）で表される化合物である、構造体。
【0009】
【化1】
【0010】
【化2】
【0011】
【化3】
【0012】
［２］前記マイクロ液滴の直径は、２μｍ以上１ｍｍ以下である、［１］に記載の構造体。
【0013】
［３］前記液滴形成膜の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、０．１μｍ以上５μｍ以下である、［１］または［２］に記載の構造体。
【0014】
［４］前記不揮発性液体は、表面張力が３０ｍＪ／ｍ
２
を超えるイオン液体、またはグリセロールである、［１］～［３］のいずれかに記載の構造体。
【0015】
［５］前記イオン液体は、下記式（１）で表されるイミダゾリウムテトラフルオロホウ酸塩である、［４］に記載の構造体。
【0016】
【化4】
【0017】
［６］［１］～［５］のいずれかに記載の構造体を備える、センサー。
【0018】
［７］［１］～［５］のいずれかに記載の構造体を備える、温度センサー、または流速センサー。
【0019】
［８］［１］～［５］のいずれかに記載の構造体の構造体の製造方法であって、
基材の一方の面に液滴形成膜を形成する工程と、
前記液滴形成膜上に、イオン性発光色素を含む不揮発性液体を滴下して、前記不揮発性液体からなる球状のマイクロ液滴を形成する工程と、を有する、構造体の製造方法。
基材の一方の面に液滴形成膜を形成する工程と、
前記液滴形成膜上に、イオン性発光色素を含む不揮発性液体を滴下して、前記不揮発性液体からなる球状のマイクロ液滴を形成する工程と、を有する、構造体の製造方法。
【発明の効果】
【0021】
本発明によれば、常温、大気下において、長時間にわたって安定に光を発振することができ、かつ僅か外部の力を光シグナルとして取り出すことが可能な構造体、およびそれを備えたセンサー、並びに構造体の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】本発明の一実施形態に係る構造体の一例を示す断面図である。
【図2】撥水性基板の撥水性膜の走査型電子顕微鏡像である。
【図3】イオン性発光色素を含むイオン液体の可視紫外吸収測定および発光測定の結果を示す図である。
【図4】実施例１で作製した微小液滴レーザーの光学顕微鏡像である。
【図5】実施例１で作製した微小液滴レーザーを有する撥水性基板を９０°傾ける前の微小液滴レーザーを示す光学顕微鏡像である。
【図6】実施例１で作製した微小液滴レーザーを有する撥水性基板を９０°傾けた後の微小液滴レーザーを示す光学顕微鏡像である。
【図7】顕微蛍光分光計測装置を示す模式図である。
【図8】実施例１の微小液滴レーザーの蛍光スペクトルを計測した結果を示す図である。
【図9】実施例１の微小液滴レーザーを１０個用いて、レーザー発振閾値を測定した結果を示す図である。
【図10】比較例のポリビニルアルコールを用いたマイクロ液滴の蛍光スペクトルを計測した結果を示す図である。
【図11】比較例のポリビニルアルコールを１０個用いて、レーザー発振閾値を測定した結果を示す図である。
【図12】実施例３の微小液滴レーザーの蛍光スペクトルを計測した結果を示す図である。
【図13】実施例４の微小液滴レーザーの蛍光スペクトルを計測した結果を示す図である。
【図14】撥水性基板の表面に形成したグリセリン光共振器の検知する温度を制御した結果を示す図である。
【図15】撥水性基板の表面に形成したグリセリン光共振器を２５℃と３０℃に温度制御した結果を示す図である。
【図16】撥水性基板の表面に形成したグリセリン光共振器を２５℃と３０℃に温度制御した結果を示す図である。
【図17】温度が一定（３０℃、３５℃、４０℃）の状態におけるグリセリン光共振器を構成するグリセリンの蒸発量を時間毎に観測した結果を示す図である。
【図18】温度が３０℃の状態におけるグリセリン光共振器の直径の変化を観測した結果を示す図である。
【図19】温度が３５℃の状態におけるグリセリン光共振器の直径の変化を観測した結果を示す図である。
【図20】温度が４０℃の状態におけるグリセリン光共振器の直径の変化を観測した結果を示す図である。
【図21】光学顕微鏡で、３０％と８５％の２点間で相対湿度を変化させた場合のグリセリン光共振器の形状を観測した結果を示す図である。
【図22】撥水性基板の表面に形成した微小液滴レーザーの検知する温度を制御した結果を示す図である。
【図23】撥水性基板の表面に形成した微小液滴レーザーを２５℃と３０℃に温度制御した結果を示す図である。
【図24】撥水性基板の表面に形成した微小液滴レーザーを２５℃と３０℃に温度制御した結果を示す図である。
【図25】撥水性基板の表面に形成したグリセリン光共振器を３５℃と４０℃に温度制御した結果を示す図である。
【図26】撥水性基板の表面に形成した微小液滴レーザーを３５℃と４０℃に温度制御した結果を示す図である。
【図27】微小液滴レーザーをニードルと共にガラス管内に入れ、ガラス管内に流し込む窒素ガスの流量を変化させながら蛍光スペクトルを測定して、レーザー特性について観測した結果を示す図である。
【図28】微小液滴レーザーをニードルと共にガラス管内に入れ、ガラス管内に流し込む窒素ガスの流量を変化させながら蛍光スペクトルを測定して、レーザー特性について観測した結果を示す図である。
【図29】微小液滴レーザーをニードルと共にガラス管内に入れ、ガラス管内に流し込む窒素ガスの流量を変化させながら蛍光スペクトルを測定して、レーザー特性について観測した結果を示す図である。
【図30】微小液滴レーザーをニードルと共にガラス管内に入れ、ガラス管内に流し込む窒素ガスの流量を変化させながら蛍光スペクトルを測定して、レーザー特性について観測した結果を示す図である。
【図31】フッ素コートしたニードル上に設置した微小液滴レーザーにガラス管より窒素ガスを流し込んだ場合の微小液滴レーザーの形状変化の様子を示す図である。
【図32】フッ素コートしたニードル上に設置した微小液滴レーザーにガラス管より窒素ガスを当てた場合の微小液滴レーザーの形状変化の様子を示す図である。
【図33】フッ素コートしたニードル上に設置した微小液滴レーザーにガラス管より窒素ガスを当てた場合の微小液滴レーザーの形状変化の様子を示す図である。
【図34】窒素ガスの流量を観測する実験方法を模式的に示す斜視図である。
【図35】窒素ガスの流量を観測する実験方法を模式的に示す断面図である。
【図36】微小液滴レーザーを設置した撥水性基板およびニードルの一端の近傍に、ガラス管の一方の開口部を設置し、ガラス管内に流し込む窒素ガスの流量を変化させながら蛍光スペクトルを測定して、レーザー特性について観測した結果を示す図である。
【図37】微小液滴レーザーを設置した撥水性基板およびニードルの一端の近傍に、ガラス管の一方の開口部を設置し、ガラス管内に流し込む窒素ガスの流量を変化させながら蛍光スペクトルを測定して、レーザー特性について観測した結果を示す図である。
【図38】微小液滴レーザーを設置した撥水性基板およびニードルの一端の近傍に、ガラス管の一方の開口部を設置し、ガラス管内に流し込む窒素ガスの流量を変化させながら蛍光スペクトルを測定して、レーザー特性について観測した結果を示す図である。
【図39】微小液滴レーザーを設置した撥水性基板およびニードルの一端の近傍に、ガラス管の一方の開口部を設置し、ガラス管内に流し込む窒素ガスの流量を変化させながら蛍光スペクトルを測定して、レーザー特性について観測した結果を示す図である。
【図40】撥水性基板上に設置した微小液滴レーザーにガラス管より窒素ガスを当てた場合の微小液滴レーザーの形状変化の様子を示す図である。
【図41】撥水性基板上に設置した微小液滴レーザーにガラス管より窒素ガスを当てた場合の微小液滴レーザーの形状変化の様子を示す図である。
【図42】撥水性基板上に設置した微小液滴レーザーにガラス管より窒素ガスを当てた場合の微小液滴レーザーの形状変化の様子を示す図である。
【図43】窒素ガスの流量を観測する実験方法を模式的に示す斜視図である。
【図44】窒素ガスの流量を観測する実験方法を模式的に示す断面図である。
【図45】撥水性基板における微小液滴レーザーを設置した面に対して垂直方向から窒素ガスを流し込んだ場合にレーザー特性について観測した結果を示す図である。
【図46】撥水性基板における微小液滴レーザーを設置した面に対して垂直方向から窒素ガスを流し込んだ場合にレーザー特性について観測した結果を示す図である。
【図47】撥水性基板における微小液滴レーザーを設置した面に対して水平方向から窒素ガスを流し込んだ場合にレーザー特性について観測した結果を示す図である。
【図48】撥水性基板における微小液滴レーザーを設置した面に対して水平方向から窒素ガスを流し込んだ場合にレーザー特性について観測した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
本発明の構造体、およびそれを備えたセンサー、並びに構造体の製造方法の実施の形態について説明する。
なお、本実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
なお、本実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
【0024】
［構造体］
本発明の一実施形態に係る構造体は、基材と、前記基材の一方の面を被覆する液滴形成膜と、前記液滴形成膜上に配置されたマイクロ液滴と、を備える。前記マイクロ液滴は、イオン性発光色素を含む不揮発性液体からなる球状の粒子である。
本発明の一実施形態に係る構造体は、基材と、前記基材の一方の面を被覆する液滴形成膜と、前記液滴形成膜上に配置されたマイクロ液滴と、を備える。前記マイクロ液滴は、イオン性発光色素を含む不揮発性液体からなる球状の粒子である。
【0025】
以下、図を参照しながら、本実施形態の構造体を説明する。
図１は、本実施形態の構造体の一例を示す断面図である。
図１に示すように、本実施形態の構造体１は、基材１０と、基材１０の一方の面１０ａを被覆する液滴形成膜２０と、液滴形成膜２０上（液滴形成膜２０の一方の面２０ａ上）に配置されたマイクロ液滴３０と、を備える。マイクロ液滴３０は、球状の粒子である。
図１は、本実施形態の構造体の一例を示す断面図である。
図１に示すように、本実施形態の構造体１は、基材１０と、基材１０の一方の面１０ａを被覆する液滴形成膜２０と、液滴形成膜２０上（液滴形成膜２０の一方の面２０ａ上）に配置されたマイクロ液滴３０と、を備える。マイクロ液滴３０は、球状の粒子である。
【0026】
「基材」
基材１０は、板状であり、少なくともその一方の面１０ａに液滴形成膜２０を形成することができるものであれば特に限定されない。基材１０としては、例えば、シリコン基板、石英基板、ガラス基板、サファイア基板、マイカ基板等が挙げられる。
基材１０は、板状であり、少なくともその一方の面１０ａに液滴形成膜２０を形成することができるものであれば特に限定されない。基材１０としては、例えば、シリコン基板、石英基板、ガラス基板、サファイア基板、マイカ基板等が挙げられる。
【0027】
基材１０を平面視した場合の形状としては、特に限定されず、円形状、楕円形状、三角形状、正方形状、長方形状、五角以上の多角形状等が挙げられる。
基材１０の厚さは、特に限定されず、液滴形成膜２０の厚さや、マイクロ液滴３０の粒径等に応じて適宜調整される。
基材１０は、少なくともその一方の面１０ａに液滴形成膜２０を形成することができるものであれば特に平面に限定されず、曲面状でもよい。基材１０の一方の面１０ａは、平面であってもよく、曲面であってもよい。基材１０としては、例えば、ガラス棒、金属ニードル、凸面レンズ、凹面レンズ等が挙げられる。
基材１０の厚さは、特に限定されず、液滴形成膜２０の厚さや、マイクロ液滴３０の粒径等に応じて適宜調整される。
基材１０は、少なくともその一方の面１０ａに液滴形成膜２０を形成することができるものであれば特に平面に限定されず、曲面状でもよい。基材１０の一方の面１０ａは、平面であってもよく、曲面であってもよい。基材１０としては、例えば、ガラス棒、金属ニードル、凸面レンズ、凹面レンズ等が挙げられる。
【0028】
「撥水性膜」
液滴形成膜２０は、撥水性を有する撥水性膜あるいは、撥油性を有する撥油性膜である。ここでは、例えば、液滴形成膜２０は、基材１０の一方の面１０ａ上に堆積させた、多数の撥水性無機微粒子２１から構成される撥水性膜である。
液滴形成膜２０は、撥水性を有する撥水性膜あるいは、撥油性を有する撥油性膜である。ここでは、例えば、液滴形成膜２０は、基材１０の一方の面１０ａ上に堆積させた、多数の撥水性無機微粒子２１から構成される撥水性膜である。
【0029】
液滴形成膜２０の厚さは、特に限定されないが、例えば、１μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましく、２０μｍ以上４０μｍ以下であることがより好ましい。
【0030】
液滴形成膜２０の厚さは、基板に対して水平に観察した光学顕微鏡画像によって測定する。
【0031】
液滴形成膜２０の表面２０ａ（液滴形成膜２０の一方の面２０ａ）の算術平均粗さ（Ｒａ）は、０．１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましく、０．５μｍ以上２μｍ以下であることがより好ましい。液滴形成膜２０の表面２０ａの算術平均粗さ（Ｒａ）が前記下限値以上であると、液滴形成膜２０の表面２０ａに所定の粒径のマイクロ液滴３０を形成することができる。液滴形成膜２０の表面２０ａの算術平均粗さ（Ｒａ）が前記上限値以下であると、ロータス効果による接触角増大が起こる。なお、液滴形成膜２０が多数の撥水性無機微粒子２１から構成される場合、液滴形成膜２０の表面２０ａとは、液滴形成膜２０を構成する撥水性無機微粒子２１のうち、最上部に存在する撥水性無機微粒子２１の最表面を繋いだ稜線によって形成される面のことである。
【0032】
液滴形成膜２０の表面２０ａの算術平均粗さ（Ｒａ）は、アルバック社製の触針式の表面粗さ計を用いて試料表面をなぞることで断面曲線を電気的に検出し、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３「製品の幾何特性仕様（ＧＰＳ）－表面性状：輪郭曲線方式－用語，定義及び表面性状パラメータ」に準じて算出する。
【0033】
撥水性無機微粒子２１は、核となる無機微粒子あるいは有機微粒子（図示略）と、無機微粒子あるいは有機微粒子の表面の一部または全部を被覆する撥水性被膜（図示略）とを有する。
【0034】
撥水性無機微粒子２１の粒子径は、特に限定されないが、液滴形成膜２０の表面２０ａの算術平均粗さ（Ｒａ）に応じて適宜調整される。撥水性無機微粒子２１の粒子径は、例えば、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましく、８０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下であることがより好ましい。
【0035】
撥水性無機微粒子２１の粒子径は、走査型電子顕微鏡画像によって測定する。
【0036】
無機微粒子の材質は、特に限定されないが、例えば、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化アルミニウム等が挙げられる。有機微粒子の材質は、特に限定されないが、例えば、ポリスチレン等が挙げられる。
【0037】
撥水性被膜の材質は、特に限定されないが、例えば、フッ素を含む化合物が挙げられる。
フッ素を含む化合物としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂等が挙げられる。
フッ素を含む化合物としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂等が挙げられる。
【0038】
「マイクロ液滴」
マイクロ液滴３０は、イオン性発光色素を含む不揮発性液体からなる球状の粒子（マイクロ球体である。なお、本実施形態の構造体１において、球状の粒子とは、真球からなる粒子、または球冠の高さが球体の半径以上の球冠からなる粒子、または０．５以下の正の値、および０、および負の値の扁平率をもつ回転楕円体からなる粒子、またはそれらの粒子を幅・高さ・奥行き方向に１μｍ以下の長さで変形させた粒子、それらの形状を組み合わせた形をもつ粒子、のことである。マイクロ液滴３０が、球状の粒子であることにより、マイクロ液滴３０内部でＷＧＭ発振する。
マイクロ液滴３０は、イオン性発光色素を含む不揮発性液体からなる球状の粒子（マイクロ球体である。なお、本実施形態の構造体１において、球状の粒子とは、真球からなる粒子、または球冠の高さが球体の半径以上の球冠からなる粒子、または０．５以下の正の値、および０、および負の値の扁平率をもつ回転楕円体からなる粒子、またはそれらの粒子を幅・高さ・奥行き方向に１μｍ以下の長さで変形させた粒子、それらの形状を組み合わせた形をもつ粒子、のことである。マイクロ液滴３０が、球状の粒子であることにより、マイクロ液滴３０内部でＷＧＭ発振する。
【0039】
マイクロ液滴３０の直径は、２μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましく、２μｍ以上８０μｍ以下であることがより好ましい。マイクロ液滴３０の直径が前記下限値以上であると、マイクロ液滴３０内に励起光を照射することにより、マイクロ液滴３０内部でウィスパリング・ギャレリー・モード（Ｗｈｉｓｐｅｒｉｎｇ Ｇａｌｌｅｒｙ Ｍｏｄｅ、ＷＧＭ）発振する。マイクロ液滴３０の直径が前記上限値以下であると、液滴形成膜２０の表面２０ａ上にて、マイクロ液滴３０は長期間形状を維持することができるとともに、液滴形成膜２０の表面２０ａを鉛直方向下向きにしても、液滴形成膜２０の表面２０ａからマイクロ液滴３０が落下（剥離）することがない。
【0040】
マイクロ液滴３０の直径は、光学顕微鏡画像によって測定する。
【0041】
液滴形成膜２０の表面２０ａに対するマイクロ液滴３０の接触角θは、９０°以上であることが好ましく、１４０°以上であることがより好ましく、１６０°以上であることがさらに好ましい。マイクロ液滴３０の接触角θが前記下限値以上であると、マイクロ液滴３０と撥水性膜２０との接触面積が小さいため、マイクロ液滴３０から液滴形成膜２０へ漏れ出る発振光が少なくなり、構造体１をレーザー発振器として用いた場合にレーザー発振閾値が低くなる。すなわち、光閉じ込めの効率に優れる。
【0042】
マイクロ液滴３０の接触角θは、図１に示すように、マイクロ液滴３０の接線と液滴形成膜２０の表面２０ａとのなす角によって測定する。
【0043】
マイクロ液滴３０を構成する不揮発性液体としては、２５℃以下の温度で揮発しない液体であるとともに、液滴形成膜２０の表面２０ａに滴下すると、表面張力によってマイクロ液滴３０を形成することができるものであれば特に限定されない。不揮発性液体としては、例えば、表面張力が３０ｍＪ／ｍ２を超えるイオン液体、またはグリセロールが好適に用いられる。表面張力が３０ｍＪ／ｍ２を超えるイオン液体としては、例えば、下記式（１）で表されるイミダゾリウムテトラフルオロホウ酸塩、またはグリセロールが好適に用いられる。
【0044】
【化5】
【0045】
イミダゾリウムテトラフルオロホウ酸塩の中でも、下記式（５）で表される１－エチル－３－メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート（１－ｅｔｙｌ－３－ｍｅｔｈｙｌｉｍｉｄａｚｏｌｉｕｍ ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｂｏｒａｔｅ）が好ましい。
【0046】
【化6】
【0047】
不揮発性液体に含まれるイオン性発光色素としては、不揮発性液体に溶解するとともに、励起光の照射により、励起光とは異なる波長の光を発光する色素であれば特に限定されない。イオン性発光色素としては、例えば、下記式（２）で表される化合物（Ａｃｉｄ Ｒｅｄ ５２）、下記式（３）で表される化合物（Ｓｔｉｌｂｅｎｅ ４２０）、下記式（４）で表される化合物（Ｐｙｒｒｏｍｅｔｈｅｎｅ ５５６）、下記式（６）で表される化合物（Ｒｈｏｄａｍｉｎｅ ６Ｇ）が好適に用いられる。
【0048】
【化7】
【0049】
【化8】
【0050】
【化9】
【0051】
【化10】
【0052】
マイクロ液滴３０において、不揮発性液体に対するイオン性発光色素の含有比（イオン性発光色素／不揮発性液体）は、モル比で、０．０００１以上０．０１以下であることが好ましく、０．００１以上０．００２以下であることがより好ましい。前記モル比が前記下限値以上であると、均一なマイクロ液滴３０が得られ、または十分な光増幅が得られる。前記モル比が前記上限値以下であると、十分な発光量が得られる。
【0053】
マイクロ液滴３０は、上記のイオン性発光色素を含む不揮発性液体からなるため、その形状が室温、大気下で数ヶ月以上維持される。
【0054】
本実施形態の構造体１によれば、基材１０と、基材１０の一方の面１０ａを被覆する液滴形成膜２０と、液滴形成膜２０上に配置されたマイクロ液滴３０と、を備え、マイクロ液滴３０は、イオン性発光色素を含む不揮発性液体からなる球状の粒子であるため、常温、大気下において、長時間にわたって安定に光を発振することができ、かつ僅か外部の力を光シグナルとして取り出すことが可能である。
本実施形態の構造体１では、マイクロ液滴３０がイオン性発光色素を含む不揮発性液体からなることにより、マイクロ液滴３０の発光・吸光特性が向上して、マイクロ液滴３０のレーザー発振特性の発現と、レーザー発振閾値の低減とを実現している。また、マイクロ液滴３０は、不揮発性液体からなるため、弾性変形可能であり、ガスの流れ等の僅かな外部の力に応じて変形し、レーザー発振波長が変調する。この特性を利用することで、構造体１を流速センサー等としての利用が可能である。
本実施形態の構造体１では、マイクロ液滴３０がイオン性発光色素を含む不揮発性液体からなることにより、マイクロ液滴３０の発光・吸光特性が向上して、マイクロ液滴３０のレーザー発振特性の発現と、レーザー発振閾値の低減とを実現している。また、マイクロ液滴３０は、不揮発性液体からなるため、弾性変形可能であり、ガスの流れ等の僅かな外部の力に応じて変形し、レーザー発振波長が変調する。この特性を利用することで、構造体１を流速センサー等としての利用が可能である。
【0055】
［構造体の製造方法］
本実施形態の構造体の製造方法は、基材の一方の面に撥水性膜を形成する工程（以下、「撥水性膜形成工程」と言う。）と、前記撥水性膜上に、イオン性発光色素を含む不揮発性液体を滴下して、前記不揮発性液体からなる球状のマイクロ液滴を形成する工程（以下、「マイクロ液滴形成工程」と言う。）と、を有する。
本実施形態の構造体の製造方法は、基材の一方の面に撥水性膜を形成する工程（以下、「撥水性膜形成工程」と言う。）と、前記撥水性膜上に、イオン性発光色素を含む不揮発性液体を滴下して、前記不揮発性液体からなる球状のマイクロ液滴を形成する工程（以下、「マイクロ液滴形成工程」と言う。）と、を有する。
【0056】
以下、図１を参照して、本実施形態の構造体の製造方法を説明する。
「撥水性膜形成工程」
撥水性膜形成工程では、基材１０の一方の面１０ａに液滴形成膜２０を形成する。ここでは、液滴形成膜２０が上記の撥水性無機微粒子２１から構成される撥水性膜である場合について説明する。
液滴形成膜２０を形成する方法としては、特に限定されないが、例えば、撥水性無機微粒子２１を含むスラリーを、基材１０の一方の面１０ａに塗布または吹き付けて、基材１０の一方の面１０ａに前記スラリーからなる塗膜を形成する。
次いで、基材１０の一方の面１０ａに形成した塗膜を加熱、乾燥することにより、液滴形成膜２０を得る。
「撥水性膜形成工程」
撥水性膜形成工程では、基材１０の一方の面１０ａに液滴形成膜２０を形成する。ここでは、液滴形成膜２０が上記の撥水性無機微粒子２１から構成される撥水性膜である場合について説明する。
液滴形成膜２０を形成する方法としては、特に限定されないが、例えば、撥水性無機微粒子２１を含むスラリーを、基材１０の一方の面１０ａに塗布または吹き付けて、基材１０の一方の面１０ａに前記スラリーからなる塗膜を形成する。
次いで、基材１０の一方の面１０ａに形成した塗膜を加熱、乾燥することにより、液滴形成膜２０を得る。
【0057】
上記スラリーは、撥水性無機微粒子２１に加えて、撥水性無機微粒子２１を分散させるための溶媒を含む。溶媒としては、特に限定されず、撥水性無機微粒子２１を分散または溶解することができるものが選択されて用いられる。溶媒としては、例えば、液化天然ガス、ヘプタン、ヘキサン、ペンタン、ブタン、プロパン、ジメチルエーテル等が好ましい。
スラリーの粘度は、特に限定されず、基材１０の材質や、スラリーの塗布方法に応じて適宜調整される。
スラリーの粘度は、特に限定されず、基材１０の材質や、スラリーの塗布方法に応じて適宜調整される。
【0058】
スラリーを塗布する方法としては、例えば、スプレーによる噴霧、滴下やスピンコートによる塗布、浸漬、刷毛や筆等による塗布、インクジェットによる吹付け等が挙げられる。
スラリーを吹き付ける方法としては、例えば、スプレー法等が挙げられる。
スラリーを吹き付ける方法としては、例えば、スプレー法等が挙げられる。
【0059】
基材１０の一方の面１０ａに形成した塗膜を加熱する温度や時間は、スラリーに含まれる溶媒の種類に応じて適宜調整される。
【0060】
「マイクロ液滴形成工程」
マイクロ液滴形成工程では、液滴形成膜２０の表面２０ａ上に、イオン性発光色素を含む不揮発性液体を滴下して、不揮発性液体からなる球状のマイクロ液滴３０を形成する。
マイクロ液滴形成工程では、液滴形成膜２０の表面２０ａ上に、イオン性発光色素を含む不揮発性液体を滴下して、不揮発性液体からなる球状のマイクロ液滴３０を形成する。
【0061】
不揮発性液体に、イオン性発光色素を分散または溶解する方法は、特に限定されず、例えば、不揮発性液体にイオン性発光色素を添加し、これらを撹拌、混合する方法が用いられる。
不揮発性液体に対するイオン性発光色素の添加量は、上記の不揮発性液体に対するイオン性発光色素の含有比となる量とする。
不揮発性液体に対するイオン性発光色素の添加量は、上記の不揮発性液体に対するイオン性発光色素の含有比となる量とする。
【0062】
液滴形成膜２０の表面２０ａ上に、イオン性発光色素を含む不揮発性液体を滴下する方法としては、例えば、ピペットを用いた滴下、インクジェットによる吹付け、スプレーによる噴霧等が用いられる。
イオン性発光色素を含む不揮発性液体の滴下量は、１ｆＬ以上１００ｎＬ以下であることが好ましい。前記不揮発性液体の滴下量を前記範囲内とすることにより、球状のマイクロ液滴３０を形成することができる。
イオン性発光色素を含む不揮発性液体の滴下量は、１ｆＬ以上１００ｎＬ以下であることが好ましい。前記不揮発性液体の滴下量を前記範囲内とすることにより、球状のマイクロ液滴３０を形成することができる。
【0063】
液滴形成膜２０の表面２０ａ上に、イオン性発光色素を含む不揮発性液体を滴下すると、その表面張力により不揮発性液体からなるマイクロ液滴３０が形成される。
以上の工程により、本実施形態の構造体１が得られる。
以上の工程により、本実施形態の構造体１が得られる。
【0064】
本実施形態の構造体の製造方法によれば、上述の実施形態の構造体１が得られる。
【0065】
［センサー］
本実施形態のセンサーは、上述の実施形態の構造体１からなる共振器を備える。
本実施形態のセンサーは、上述の実施形態の構造体１からなる共振器を備える。
【0066】
本実施形態のセンサーとしては、マイクロ液滴３０が外部の力に応じて変形し、レーザー発振波長が変調する機能を利用することができるものであれば特に限定されないが、例えば、温度を検知するセンサー（温度センサー）、気体の流速を検知するセンサー（流速センサー）、重力を検知するセンサー、電場を検知するセンサー、湿度を検知するセンサー、揮発性有機化合物を検知するセンサー等が挙げられる。
【0067】
本実施形態のセンサーによれば、上述の実施形態の構造体１からなる共振器を備えるため、温度、気体の流速、重力、電場、湿度、揮発性有機化合物を検知することができる。
【0068】
以上、この発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、実施の形態はこの発明の例示にしか過ぎないものである。よって、この発明は実施の形態の構成にのみ限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれることは勿論である。また、例えば、各実施の形態に複数の構成が含まれている場合には、特に記載がなくとも、これらの構成の可能な組合せが含まれることは勿論である。また、実施の形態に複数の実施例や変形例がこの発明のものとして開示されている場合には、特に記載がなくとも、これらに跨がった構成の組合せのうちの可能なものが含まれることは勿論である。また、図面に描かれている構成については、特に記載がなくとも、含まれることは勿論である。さらに、「等」の用語がある場合には、同等のものを含むという意味で用いられている。
【実施例】
【0069】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【0070】
［撥水性基板の作製］
石英基板（縦１５ｍｍ×横１５ｍｍ×厚さ０．５ｍｍ）をスピンコーターにセットして、１０００ｒｐｍで回転させた。
回転している石英基板から約２０ｃｍ離した距離から、撥水性スプレー（商品名：ＨＩＲＥＣ１４５０ＮＦ、ＮＴＴアドバンステクノロジ社製）を５秒間噴射した後、石英基板を３０秒間回転させた。
その後、スピンコーターから石英基板を取り出し、その石英基板を１日間室温にて乾燥させた。
以上の工程を２度繰り返し、撥水性膜を有する撥水性基板を得た。
得られた撥水性基板の表面を、走査型電子顕微鏡で観察した。撥水性基板の表面の走査型電子顕微鏡像を図２に示す。
図２に示す走査型電子顕微鏡像から、石英基板の表面には、粒子径が１００ｎｍ程度のフッ素含有化合物で被覆された微小無機粒子からなるが撥水性膜が形成されていることが確認された。撥水性膜は、石英基板の表面に無秩序に配置された多数の前記微小無機粒子から構成され、前記微小無機粒子によって形成された細かい凹凸を有していた。
石英基板（縦１５ｍｍ×横１５ｍｍ×厚さ０．５ｍｍ）をスピンコーターにセットして、１０００ｒｐｍで回転させた。
回転している石英基板から約２０ｃｍ離した距離から、撥水性スプレー（商品名：ＨＩＲＥＣ１４５０ＮＦ、ＮＴＴアドバンステクノロジ社製）を５秒間噴射した後、石英基板を３０秒間回転させた。
その後、スピンコーターから石英基板を取り出し、その石英基板を１日間室温にて乾燥させた。
以上の工程を２度繰り返し、撥水性膜を有する撥水性基板を得た。
得られた撥水性基板の表面を、走査型電子顕微鏡で観察した。撥水性基板の表面の走査型電子顕微鏡像を図２に示す。
図２に示す走査型電子顕微鏡像から、石英基板の表面には、粒子径が１００ｎｍ程度のフッ素含有化合物で被覆された微小無機粒子からなるが撥水性膜が形成されていることが確認された。撥水性膜は、石英基板の表面に無秩序に配置された多数の前記微小無機粒子から構成され、前記微小無機粒子によって形成された細かい凹凸を有していた。
【0071】
「実施例１」
［微小液滴レーザーの作製］
イオン液体（１－ｅｔｙｌ－３－ｍｅｔｈｙｌｉｍｉｄａｚｏｌｉｕｍ ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｂｏｒａｔｅ）に、イオン性発光色素（Ａｃｉｄ Ｒｅｄ５２）を０．３８５質量％添加し、ヒートガンで１０分間熱することにより、イオン液体にイオン性発光色素を完全に溶解させた。
次に、マイクロピペットを用いて、撥水性基板上に色素添加したイオン液体を滴下することにより、イオン液体からなる微小液滴レーザー（マイクロ液滴）を作製した。
得られた微小液滴レーザーの形状は、真球形状であった。
［微小液滴レーザーの作製］
イオン液体（１－ｅｔｙｌ－３－ｍｅｔｈｙｌｉｍｉｄａｚｏｌｉｕｍ ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｂｏｒａｔｅ）に、イオン性発光色素（Ａｃｉｄ Ｒｅｄ５２）を０．３８５質量％添加し、ヒートガンで１０分間熱することにより、イオン液体にイオン性発光色素を完全に溶解させた。
次に、マイクロピペットを用いて、撥水性基板上に色素添加したイオン液体を滴下することにより、イオン液体からなる微小液滴レーザー（マイクロ液滴）を作製した。
得られた微小液滴レーザーの形状は、真球形状であった。
【0072】
「実施例２」
［グリセリン光共振器の作製］
グリセリンに、イオン性発光色素（Ｒｈｏｄａｍｉｎｅ ６Ｇ）を５ｍｏｌ／ｍＬ添加し、ヒートガンで１０分間熱することにより、グリセリンにイオン性発光色素を完全に溶解させた。
次に、マイクロピペットを用いて撥水性基板上に色素添加したグリセリンを滴下することにより、グリセリンからなるグリセリン光共振器（マイクロ液滴）を作製した。
［グリセリン光共振器の作製］
グリセリンに、イオン性発光色素（Ｒｈｏｄａｍｉｎｅ ６Ｇ）を５ｍｏｌ／ｍＬ添加し、ヒートガンで１０分間熱することにより、グリセリンにイオン性発光色素を完全に溶解させた。
次に、マイクロピペットを用いて撥水性基板上に色素添加したグリセリンを滴下することにより、グリセリンからなるグリセリン光共振器（マイクロ液滴）を作製した。
【0073】
「比較例」
［ポリビニルアルコールを用いたマイクロ液滴の作製］
界面活性剤として、Ｓｏｒｂｉｔａｎ Ｍｏｎｏｏｌｅａｔｅ（商品名：Ｓｐａｎ８０、東京化成工業社製）０．４７３ｇを、ｎ－ヘキサン２ｍＬに加え、激しく振って、ｎ－ヘキサンに界面活性剤を溶解させた。
次に、１００μＬのポリビニルアルコール溶液にイオン性発光色素（ＡｃｉｄＲｅｄ５２）を２０μｇ添加し、ポリビニルアルコール溶液に含まれるイオン性発光色素の濃度を、最終的に得られるマイクロ液滴中の色素濃度とほぼ当量（０．３９５質量％）になるようにした。
これら２つの溶液を混合させた後、ホモジナイザーにより、３０ｋｒｐｍの回転速度で２分間、ホモジナイズして、ポリビニルアルコールコロイド懸濁液を調製した。
次に、５０ｍＬバイアルに、２０ｍＬのアセトンと１ｍＬのｎ－ヘキサンとを層状に注いだ後、ピペットを用いて、最上層（ｎ－ヘキサン）に、液面を乱さないように、ポリビニルアルコールコロイド懸濁液を注いだ。
その後、バイアルを１時間静置して、バイアル内の溶液中で、ゆっくりとマイクロ液滴を形成させた。
次に、遠心分離により、バイアル内に形成されたマイクロ液滴を回収した。
次に、回収したマイクロ液滴をアセトンで洗浄して、界面活性剤とｎ－ヘキサンを取り除いた。
その後、回収したマイクロ液滴をガラス容器内で３０秒間振ることで、凝集したマイクロ液滴を分離させた。
［ポリビニルアルコールを用いたマイクロ液滴の作製］
界面活性剤として、Ｓｏｒｂｉｔａｎ Ｍｏｎｏｏｌｅａｔｅ（商品名：Ｓｐａｎ８０、東京化成工業社製）０．４７３ｇを、ｎ－ヘキサン２ｍＬに加え、激しく振って、ｎ－ヘキサンに界面活性剤を溶解させた。
次に、１００μＬのポリビニルアルコール溶液にイオン性発光色素（ＡｃｉｄＲｅｄ５２）を２０μｇ添加し、ポリビニルアルコール溶液に含まれるイオン性発光色素の濃度を、最終的に得られるマイクロ液滴中の色素濃度とほぼ当量（０．３９５質量％）になるようにした。
これら２つの溶液を混合させた後、ホモジナイザーにより、３０ｋｒｐｍの回転速度で２分間、ホモジナイズして、ポリビニルアルコールコロイド懸濁液を調製した。
次に、５０ｍＬバイアルに、２０ｍＬのアセトンと１ｍＬのｎ－ヘキサンとを層状に注いだ後、ピペットを用いて、最上層（ｎ－ヘキサン）に、液面を乱さないように、ポリビニルアルコールコロイド懸濁液を注いだ。
その後、バイアルを１時間静置して、バイアル内の溶液中で、ゆっくりとマイクロ液滴を形成させた。
次に、遠心分離により、バイアル内に形成されたマイクロ液滴を回収した。
次に、回収したマイクロ液滴をアセトンで洗浄して、界面活性剤とｎ－ヘキサンを取り除いた。
その後、回収したマイクロ液滴をガラス容器内で３０秒間振ることで、凝集したマイクロ液滴を分離させた。
【0074】
［吸収・発光測定］
イオン液体（１－ｅｔｙｌ－３－ｍｅｔｈｙｌｉｍｉｄａｚｏｌｉｕｍ ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｂｏｒａｔｅ）に、イオン性発光色素（Ａｃｉｄ Ｒｅｄ５２）を０．００５ｍｏｌ／ｍＬ溶解した。イオン性発光色素を含むイオン液体を石英セルに導入し、可視紫外吸収測定および発光測定を行なった。
可視紫外吸収測定は、ＵＶ－５７０（商品名：紫外可視近赤外分光光度計、日本分光社製）を用い、液体を３ｍＬ含む石英セルに光を照射し、その透過光を測定することで、吸収スペクトルを得た。
発光測定は、ＦＰ－６２００（商品名：分光蛍光光度計、日本分光社製）を用い、液体を３ｍＬ含む石英セルに光を照射し、その発光を測定することで、発光スペクトルを得た。
結果を図３に示す。
図３に示すグラフから、紫外線吸収波長のピーク値と発光波長のピーク値とが異なり、入射光によりイオン性発光色素が蛍光を発光することが確認された。
イオン液体（１－ｅｔｙｌ－３－ｍｅｔｈｙｌｉｍｉｄａｚｏｌｉｕｍ ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｂｏｒａｔｅ）に、イオン性発光色素（Ａｃｉｄ Ｒｅｄ５２）を０．００５ｍｏｌ／ｍＬ溶解した。イオン性発光色素を含むイオン液体を石英セルに導入し、可視紫外吸収測定および発光測定を行なった。
可視紫外吸収測定は、ＵＶ－５７０（商品名：紫外可視近赤外分光光度計、日本分光社製）を用い、液体を３ｍＬ含む石英セルに光を照射し、その透過光を測定することで、吸収スペクトルを得た。
発光測定は、ＦＰ－６２００（商品名：分光蛍光光度計、日本分光社製）を用い、液体を３ｍＬ含む石英セルに光を照射し、その発光を測定することで、発光スペクトルを得た。
結果を図３に示す。
図３に示すグラフから、紫外線吸収波長のピーク値と発光波長のピーク値とが異なり、入射光によりイオン性発光色素が蛍光を発光することが確認された。
【0075】
［接触角測定］
実施例１で作製した微小液滴レーザーを光学顕微鏡で観察し、撥水性基板を構成する撥水性膜の表面に対する微小液滴レーザーの接触角を測定した。微小液滴レーザーの光学顕微鏡像を図４に示す。
図４に示す光学顕微鏡から、微小液滴レーザーの接触角は１６１．３°であることが分かった。
実施例１で作製した微小液滴レーザーを光学顕微鏡で観察し、撥水性基板を構成する撥水性膜の表面に対する微小液滴レーザーの接触角を測定した。微小液滴レーザーの光学顕微鏡像を図４に示す。
図４に示す光学顕微鏡から、微小液滴レーザーの接触角は１６１．３°であることが分かった。
【0076】
［撥水性基板上の微小液滴の傾きに対する耐久性］
実施例１で作製した微小液滴レーザーを有する撥水性基板を、水平の状態から鉛直方向になるように９０°傾けた。その結果、撥水性基板を９０°傾けても、微小液滴レーザーの形状は真球形状を保持していた。
また、微小液滴レーザーの直径が大きくなり過ぎると、微小液滴レーザーに加わる重力が大きくなり、撥水性基板から微小液滴レーザーが滑り落ちてしまう。そこで、実施例１で作製した微小液滴レーザーを有する撥水性基板を、上述のように９０°傾ける前と傾けた後（９０°傾けて水平の状態に戻した後）で、撥水性基板上に形成した微小液滴レーザーを観察した。微小液滴レーザーの観察には、光学顕微鏡を用いた。結果を図５および図６に示す。図５は、上記撥水性基板を９０°傾ける前の微小液滴レーザーを示す光学顕微鏡像である。図６は、上記撥水性基板を９０°傾けた後の微小液滴レーザーを示す光学顕微鏡像である。図５と図６を比較すると、微小液滴レーザーの直径が５００μｍ以下であれば、重力の影響がなく、微小液滴レーザーは真球形状を保持できることが分かった。
実施例１で作製した微小液滴レーザーを有する撥水性基板を、水平の状態から鉛直方向になるように９０°傾けた。その結果、撥水性基板を９０°傾けても、微小液滴レーザーの形状は真球形状を保持していた。
また、微小液滴レーザーの直径が大きくなり過ぎると、微小液滴レーザーに加わる重力が大きくなり、撥水性基板から微小液滴レーザーが滑り落ちてしまう。そこで、実施例１で作製した微小液滴レーザーを有する撥水性基板を、上述のように９０°傾ける前と傾けた後（９０°傾けて水平の状態に戻した後）で、撥水性基板上に形成した微小液滴レーザーを観察した。微小液滴レーザーの観察には、光学顕微鏡を用いた。結果を図５および図６に示す。図５は、上記撥水性基板を９０°傾ける前の微小液滴レーザーを示す光学顕微鏡像である。図６は、上記撥水性基板を９０°傾けた後の微小液滴レーザーを示す光学顕微鏡像である。図５と図６を比較すると、微小液滴レーザーの直径が５００μｍ以下であれば、重力の影響がなく、微小液滴レーザーは真球形状を保持できることが分かった。
【0077】
［顕微蛍光分光測定］
実施例１の微小液滴レーザーおよび比較例のポリビニルアルコールを用いたマイクロ液滴の発光スペクトルを、図７に示すような顕微蛍光分光計測装置により計測した。
図７に示す顕微蛍光分光計測装置１００は、励起光源１１０と、発光検出器１２０と、ビームスプリッター１３０と、オブジェクティブレンズ１４０と、Ｘ－Ｙステージ１５０とから概略構成されている。
実施例１の微小液滴レーザーおよび比較例のポリビニルアルコールを用いたマイクロ液滴の発光スペクトルを、図７に示すような顕微蛍光分光計測装置により計測した。
図７に示す顕微蛍光分光計測装置１００は、励起光源１１０と、発光検出器１２０と、ビームスプリッター１３０と、オブジェクティブレンズ１４０と、Ｘ－Ｙステージ１５０とから概略構成されている。
【0078】
励起光源１１０は、Ｘ－Ｙステージ１５０上に載置された微小液滴レーザー２００に、レーザー光（励起光）を照射する。励起光源１１０としては、波長２５０ｎｍ～７００ｎｍの光を、周波数１Ｈｚ～１ＭＨｚで発光するか、もしくは連続光で発光するものが用いられる。
【0079】
発光検出器１２０は、微小液滴レーザー２００からの発光を検出する。
【0080】
ビームスプリッター１３０は、励起光源１１０から発せられた光を反射して、その光の光路を微小液滴レーザー２００側に向ける。また、ビームスプリッター１３０は、微小液滴レーザー２００から発する蛍光（発光）を透過し、発光検出器１２０側に向ける。
【0081】
オブジェクティブレンズ１４０は、励起光源１１０から発せられた励起光を収束して、微小液滴レーザー２００に照射する。また、オブジェクティブレンズ１４０は、微小液滴レーザー２００から発する蛍光（発光）を収束する。
【0082】
Ｘ－Ｙステージ１５０は、測定対象である微小液滴レーザー２００を載置して、所定の測定位置に設定する。
【0083】
顕微蛍光分光計測装置１００では、励起光源１１０からレーザー光（励起光）を発すると、そのレーザー光がビームスプリッター１３０で反射し、さらに、オブジェクティブレンズ１４０で収束されて、微小液滴レーザー２００に照射される。
微小液滴レーザー２００にレーザー光が照射されると、微小液滴レーザー２００のマイクロ液滴は、内部でウィスパリング・ギャレリー・モード（ＷＧＭ）発振する。これにより、マイクロ液滴は蛍光を発する。
マイクロ液滴が発する蛍光は、ビームスプリッター１３０を透過して、発光検出器１２０に入射する。
発光検出器１２０では、受光した蛍光のスペクトルを測定し、そのスペクトルパターンを表示装置等に出力する。
微小液滴レーザー２００にレーザー光が照射されると、微小液滴レーザー２００のマイクロ液滴は、内部でウィスパリング・ギャレリー・モード（ＷＧＭ）発振する。これにより、マイクロ液滴は蛍光を発する。
マイクロ液滴が発する蛍光は、ビームスプリッター１３０を透過して、発光検出器１２０に入射する。
発光検出器１２０では、受光した蛍光のスペクトルを測定し、そのスペクトルパターンを表示装置等に出力する。
【0084】
［レーザー発振特性］
上述の顕微蛍光分光計測装置を用いて、実施例１の微小液滴レーザーのレーザー特性を測定した。
実施例１の微小液滴レーザーをフェムト秒パルスレーザー（波長＝５６５ｎｍ、周波数＝１ｋＨｚ、パルス幅＝１００ｆｓ）で励起し、蛍光スペクトルを計測した。結果を図８に示す。図８に示す結果から、ブロードな発光ピークの上に先鋭なレーザーピークが観測された。
さらに、実施例１の微小液滴レーザーを１０個用いて、レーザー発振閾値を測定した。各々の液滴に対して、励起光エネルギーを徐々に上昇させながら、随時発光スペクトルを測定し、レーザー発振が観測され始めた励起光強度を測定した。結果を図９に示す。図９に示す結果から、実施例１の微小液滴レーザーのレーザー発振閾値の平均値は、１．２１±０．２５μＪ・ｃｍ－２であった。
実施例１の微小液滴レーザーの場合と同様にして、比較例のポリビニルアルコールを用いたマイクロ液滴のレーザー特性を測定した。結果を図１０および図１１に示す。
図９と図１１とを比較すると、実施例１の微小液滴レーザーのレーザー発振閾値は、比較例のポリビニルアルコールを用いたマイクロ液滴のレーザー発振閾値（２９．３±０．２５μＪ・ｃｍ－２）の３０分の１程度であることが分かった。すなわち、実施例１の微小液滴レーザーは、レーザー発振閾値を低減する効果があることが分かった。
上述の顕微蛍光分光計測装置を用いて、実施例１の微小液滴レーザーのレーザー特性を測定した。
実施例１の微小液滴レーザーをフェムト秒パルスレーザー（波長＝５６５ｎｍ、周波数＝１ｋＨｚ、パルス幅＝１００ｆｓ）で励起し、蛍光スペクトルを計測した。結果を図８に示す。図８に示す結果から、ブロードな発光ピークの上に先鋭なレーザーピークが観測された。
さらに、実施例１の微小液滴レーザーを１０個用いて、レーザー発振閾値を測定した。各々の液滴に対して、励起光エネルギーを徐々に上昇させながら、随時発光スペクトルを測定し、レーザー発振が観測され始めた励起光強度を測定した。結果を図９に示す。図９に示す結果から、実施例１の微小液滴レーザーのレーザー発振閾値の平均値は、１．２１±０．２５μＪ・ｃｍ－２であった。
実施例１の微小液滴レーザーの場合と同様にして、比較例のポリビニルアルコールを用いたマイクロ液滴のレーザー特性を測定した。結果を図１０および図１１に示す。
図９と図１１とを比較すると、実施例１の微小液滴レーザーのレーザー発振閾値は、比較例のポリビニルアルコールを用いたマイクロ液滴のレーザー発振閾値（２９．３±０．２５μＪ・ｃｍ－２）の３０分の１程度であることが分かった。すなわち、実施例１の微小液滴レーザーは、レーザー発振閾値を低減する効果があることが分かった。
【0085】
「実施例３」
［微小液滴レーザーの作製］
イオン性発光色素として、Ｓｔｉｌｂｅｎｅ ４２０を用いたこと以外は実施例１と同様にして、実施例３の微小液滴レーザーを作製した。
得られた微小液滴レーザーの形状は、真球形状であった。
上述の顕微蛍光分光計測装置を用いて、実施例３の微小液滴レーザーのレーザー特性を測定した。
実施例３の微小液滴レーザーをフェムト秒パルスレーザー（波長＝３５５ｎｍ、周波数＝１ｋＨｚ、パルス幅＝７ｆｓ）で励起し、蛍光スペクトルを計測した。結果を図１２に示す。図１２に示す結果から、ブロードな発光ピークの上に先鋭なレーザーピークが観測された。
［微小液滴レーザーの作製］
イオン性発光色素として、Ｓｔｉｌｂｅｎｅ ４２０を用いたこと以外は実施例１と同様にして、実施例３の微小液滴レーザーを作製した。
得られた微小液滴レーザーの形状は、真球形状であった。
上述の顕微蛍光分光計測装置を用いて、実施例３の微小液滴レーザーのレーザー特性を測定した。
実施例３の微小液滴レーザーをフェムト秒パルスレーザー（波長＝３５５ｎｍ、周波数＝１ｋＨｚ、パルス幅＝７ｆｓ）で励起し、蛍光スペクトルを計測した。結果を図１２に示す。図１２に示す結果から、ブロードな発光ピークの上に先鋭なレーザーピークが観測された。
【0086】
「実施例４」
［微小液滴レーザーの作製］
イオン性発光色素として、Ｐｙｒｒｏｍｅｔｈｅｎｅ ５５６を用いたこと以外は実施例１と同様にして、実施例４の微小液滴レーザーを作製した。
得られた微小液滴レーザーの形状は、真球形状であった。
上述の顕微蛍光分光計測装置を用いて、実施例４の微小液滴レーザーのレーザー特性を測定した。
実施例４の微小液滴レーザーをフェムト秒パルスレーザー（波長＝３５５ｎｍ、周波数＝１ｋＨｚ、パルス幅＝７ｆｓ）で励起し、蛍光スペクトルを計測した。結果を図１３に示す。図１３に示す結果から、ブロードな発光ピークの上に先鋭なレーザーピークが観測された。
［微小液滴レーザーの作製］
イオン性発光色素として、Ｐｙｒｒｏｍｅｔｈｅｎｅ ５５６を用いたこと以外は実施例１と同様にして、実施例４の微小液滴レーザーを作製した。
得られた微小液滴レーザーの形状は、真球形状であった。
上述の顕微蛍光分光計測装置を用いて、実施例４の微小液滴レーザーのレーザー特性を測定した。
実施例４の微小液滴レーザーをフェムト秒パルスレーザー（波長＝３５５ｎｍ、周波数＝１ｋＨｚ、パルス幅＝７ｆｓ）で励起し、蛍光スペクトルを計測した。結果を図１３に示す。図１３に示す結果から、ブロードな発光ピークの上に先鋭なレーザーピークが観測された。
【0087】
「実施例５」
［温度センサー］
実施例２のグリセリン光共振器を、ＣＷレーザー（波長＝４５０ｎｍ）で励起し、蛍光スペクトルを測定した。すると、ＷＧＭ共振ピークを観測することができた。
さらに、このグリセリン光共振器を備えた撥水基板と、その底部に薄型ヒートステージ（ＳＧ１０１、株式会社ブラスト社製）を設置した温度センサーを作製した。
撥水性基板と、その撥水性膜の表面に形成したグリセリン光共振器とを、ヒーター上に設置し、温度を変化させることにより、グリセリン光共振器の検知する温度を制御した。
結果を図１４に示す。
図１４に示すグラフから、温度の上昇に伴って、ＷＧＭ共振ピークは２．４０ｎｍ／℃短波長側にシフトすることが分かった。
さらに、撥水性基板と、その撥水性膜の表面に形成したグリセリン光共振器とを、２０℃と２５℃に温度制御した。結果を図１５、図１６に示す。
図１５、図１６に示すグラフから、２点間の温度変化に対して、ＷＧＭ共振ピークの波長は可逆性を示すことが分かった。
［温度センサー］
実施例２のグリセリン光共振器を、ＣＷレーザー（波長＝４５０ｎｍ）で励起し、蛍光スペクトルを測定した。すると、ＷＧＭ共振ピークを観測することができた。
さらに、このグリセリン光共振器を備えた撥水基板と、その底部に薄型ヒートステージ（ＳＧ１０１、株式会社ブラスト社製）を設置した温度センサーを作製した。
撥水性基板と、その撥水性膜の表面に形成したグリセリン光共振器とを、ヒーター上に設置し、温度を変化させることにより、グリセリン光共振器の検知する温度を制御した。
結果を図１４に示す。
図１４に示すグラフから、温度の上昇に伴って、ＷＧＭ共振ピークは２．４０ｎｍ／℃短波長側にシフトすることが分かった。
さらに、撥水性基板と、その撥水性膜の表面に形成したグリセリン光共振器とを、２０℃と２５℃に温度制御した。結果を図１５、図１６に示す。
図１５、図１６に示すグラフから、２点間の温度変化に対して、ＷＧＭ共振ピークの波長は可逆性を示すことが分かった。
【0088】
グリセリンの沸点は２９０℃であり、グリセリンが一般的に不揮発性溶媒として知られている。しかしながら、グリセリンは、マイクロサイズの大きさでは体積に対する表面積の割合が大きいことから、低い温度であっても液滴が蒸発する現象が見られる。そこで、光学顕微鏡で、温度が一定（３０℃、３５℃、４０℃）の状態におけるグリセリン光共振器の様子を時間毎に観測した。結果を図１７～図２０に示す。
図１７および図１８に示す結果から、３０℃では、グリセリンがほとんど蒸発しなかった。
図１７、図１９および図２０に示す結果から、３５℃以上では、グリセリンが蒸発することが分かった。
図１７および図１８に示す結果から、３０℃では、グリセリンがほとんど蒸発しなかった。
図１７、図１９および図２０に示す結果から、３５℃以上では、グリセリンが蒸発することが分かった。
【0089】
グリセリンは、空気中の湿度に応じて、非常に水蒸気の吸脱着が起こり易い液体である。温度と相対湿度は相関関係を持ち、温度が上昇すると相対湿度が減少する（Ｆｏｒｎｅｙ，Ｃ．Ｆ．ａｎｄ Ｄ．Ｇ．Ｂｒａｎｄｌ．（１９９２）．Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｉｎ ｓｍａｌ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ－ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｃｈａｍｂｅｒｓ ｕｓｉｎｇ ｇｌｙｃｅｒｏｌ－ｗａｔｅｒ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓＨｏｒｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２，５２－５４．参照）。したがって、グリセリン光共振器は、温度変化によって空気中の相対湿度が変化し、サイズ変化が起こっている。
そこで、相対湿度変化に対するグリセリン光共振器のサイズ変化を観測するために、光学顕微鏡で、３０％と８５％の２点間で相対湿度を変化させた場合のグリセリン光共振器の形状を観測した。結果を図２１に示す。
図２１に示す結果から相対湿度を３０％から８５％まで上昇させると、空気中の水蒸気がグリセリンに吸着して、グリセリンが膨潤し、グリセリン光共振器の直径が１３．０μｍから２１．３μｍへと拡大した。一方、相対湿度を８５％から３０％まで減少させると、グリセリンに吸着した水が脱着し、グリセリン光共振器の直径が２１．３μｍから１４．０μｍへと縮小した。このように、グリセリン光共振器は、周囲の相対湿度に応答してサイズが変化する。
そこで、相対湿度変化に対するグリセリン光共振器のサイズ変化を観測するために、光学顕微鏡で、３０％と８５％の２点間で相対湿度を変化させた場合のグリセリン光共振器の形状を観測した。結果を図２１に示す。
図２１に示す結果から相対湿度を３０％から８５％まで上昇させると、空気中の水蒸気がグリセリンに吸着して、グリセリンが膨潤し、グリセリン光共振器の直径が１３．０μｍから２１．３μｍへと拡大した。一方、相対湿度を８５％から３０％まで減少させると、グリセリンに吸着した水が脱着し、グリセリン光共振器の直径が２１．３μｍから１４．０μｍへと縮小した。このように、グリセリン光共振器は、周囲の相対湿度に応答してサイズが変化する。
【0090】
「実施例６」
［温度センサー］
イオン液体（１－ｅｔｙｌ－３－ｍｅｔｈｙｌｉｍｉｄａｚｏｌｉｕｍ ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｂｏｒａｔｅ）に、イオン性発光色素（Ｒｈｏｄａｍｉｎｅ ６Ｇ）を０．３８５質量％添加し、ヒートガンで１０分間熱することにより、イオン液体にイオン性発光色素を完全に溶解させた。
次に、マイクロピペットを用いて、撥水性基板上に色素添加したイオン液体を滴下することにより、イオン液体からなる微小液滴レーザー（マイクロ液滴）を作製した。
得られた微小液滴レーザーの形状は、真球形状であった。
この微小液滴レーザーを、ＣＷレーザー（波長＝４５０ｎｍ）で励起し、蛍光スペクトルを測定した。すると、ＷＧＭ共振ピークを観測することができた。
さらに、この微小液滴レーザーを備えた撥水基板と、その底部に薄型ヒートステージ（型式名：ＳＧ１０１、株式会社ブラスト社製）を設置した温度センサーを作製した。
撥水性基板と、その撥水性膜の表面に形成した微小液滴レーザーとを、ヒーター上に設置し、温度を変化させることにより、微小液滴レーザーの検知する温度を制御した。結果を図２２に示す。
図２２に示すグラフから、温度の上昇に伴って、ＷＧＭ共振ピークは０．２６ｎｍ／℃短波長側にシフトすることが分かった。
さらに、撥水性基板と、その撥水性膜の表面に形成した微小液滴レーザーとを、２５℃と３０℃に温度制御した。結果を図２３、図２４に示す。
図２３、図２４に示すグラフから、２点間の温度変化に対して、ＷＧＭ共振ピークの波長は可逆性を示すことが分かった。
［温度センサー］
イオン液体（１－ｅｔｙｌ－３－ｍｅｔｈｙｌｉｍｉｄａｚｏｌｉｕｍ ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｂｏｒａｔｅ）に、イオン性発光色素（Ｒｈｏｄａｍｉｎｅ ６Ｇ）を０．３８５質量％添加し、ヒートガンで１０分間熱することにより、イオン液体にイオン性発光色素を完全に溶解させた。
次に、マイクロピペットを用いて、撥水性基板上に色素添加したイオン液体を滴下することにより、イオン液体からなる微小液滴レーザー（マイクロ液滴）を作製した。
得られた微小液滴レーザーの形状は、真球形状であった。
この微小液滴レーザーを、ＣＷレーザー（波長＝４５０ｎｍ）で励起し、蛍光スペクトルを測定した。すると、ＷＧＭ共振ピークを観測することができた。
さらに、この微小液滴レーザーを備えた撥水基板と、その底部に薄型ヒートステージ（型式名：ＳＧ１０１、株式会社ブラスト社製）を設置した温度センサーを作製した。
撥水性基板と、その撥水性膜の表面に形成した微小液滴レーザーとを、ヒーター上に設置し、温度を変化させることにより、微小液滴レーザーの検知する温度を制御した。結果を図２２に示す。
図２２に示すグラフから、温度の上昇に伴って、ＷＧＭ共振ピークは０．２６ｎｍ／℃短波長側にシフトすることが分かった。
さらに、撥水性基板と、その撥水性膜の表面に形成した微小液滴レーザーとを、２５℃と３０℃に温度制御した。結果を図２３、図２４に示す。
図２３、図２４に示すグラフから、２点間の温度変化に対して、ＷＧＭ共振ピークの波長は可逆性を示すことが分かった。
【0091】
「実施例７」
［グリセリン光共振器と微小液滴レーザーの同じ温度範囲間での温度可逆性］
実施例１の微小液滴レーザーと実施例２のグリセリン光共振器を、同じ温度範囲間でのＷＧＭ共振ピークの温度可逆性を比較した。
実施例５と同様にして、撥水性基板と、その撥水性膜の表面に形成した微小液滴レーザーとを、３５℃と４０℃に温度制御した。また、撥水性基板と、その撥水性膜の表面に形成したグリセリン光共振器とを、３５℃と４０℃に温度制御した。結果を図２５、図２６に示す。
図２５に示す結果から、実施例２のグリセリン光共振器は、蒸発の影響で直径が小さくなってしまい、ＷＧＭ共振ピークを観測できなくなった。
一方、図２６に示す結果から、実施例１の微小液滴レーザーは、ＷＧＭ共振ピークを維持し、さらにピークシフトの可逆性を示した。したがって、実施例１の微小液滴レーザーは、より高い温度にも適用可能な温度センサーとして利用できる。
［グリセリン光共振器と微小液滴レーザーの同じ温度範囲間での温度可逆性］
実施例１の微小液滴レーザーと実施例２のグリセリン光共振器を、同じ温度範囲間でのＷＧＭ共振ピークの温度可逆性を比較した。
実施例５と同様にして、撥水性基板と、その撥水性膜の表面に形成した微小液滴レーザーとを、３５℃と４０℃に温度制御した。また、撥水性基板と、その撥水性膜の表面に形成したグリセリン光共振器とを、３５℃と４０℃に温度制御した。結果を図２５、図２６に示す。
図２５に示す結果から、実施例２のグリセリン光共振器は、蒸発の影響で直径が小さくなってしまい、ＷＧＭ共振ピークを観測できなくなった。
一方、図２６に示す結果から、実施例１の微小液滴レーザーは、ＷＧＭ共振ピークを維持し、さらにピークシフトの可逆性を示した。したがって、実施例１の微小液滴レーザーは、より高い温度にも適用可能な温度センサーとして利用できる。
【0092】
「実施例８」
［流速センサー］
実施例１の微小液滴レーザーを用いた風の流速センシングを行なった。
実施例１の微小液滴レーザーをナノ秒パルスレーザー（波長＝３５５ｎｍ、周波数＝１ｋＨｚ、パルス幅＝７ｎｓ）で励起し、蛍光スペクトルを計測した。その結果、ＷＧＭ共振ピークを観測することができた。レーザーピークは、ＷＧＭ共振ピークに比べて半値幅が非常に狭く、高精度なセンシングが実現した。
次に、微小液滴レーザーを用いて窒素ガスの流量を観測する実験について示す。
まず、撥水コートしたニードルの上に微小液滴を滴下して、微小液滴レーザーを作製した。
次に、この微小液滴光レーザーをニードルと共に断面積２ｍｍ２のガラス管内に入れた。このガラス管内に窒素ガスを流し込み、窒素ガスの流量を変化させながら蛍光スペクトルを測定して、レーザー特性について観測した。結果を、図２７～図３０に示す。
図２７および図２８に示す結果から、ＷＧＭ共振ピークは、窒素ガスの流量の増加に応じて、短波長側にシフトした。
また、図２９および図３０に示す結果から、窒素ガスの流量が８．３ｍ／ｓと２５ｍ／ｓの２点間の流量変化に対して、ＷＧＭ共振ピークの波長は可逆性を示すことが分かった。
［流速センサー］
実施例１の微小液滴レーザーを用いた風の流速センシングを行なった。
実施例１の微小液滴レーザーをナノ秒パルスレーザー（波長＝３５５ｎｍ、周波数＝１ｋＨｚ、パルス幅＝７ｎｓ）で励起し、蛍光スペクトルを計測した。その結果、ＷＧＭ共振ピークを観測することができた。レーザーピークは、ＷＧＭ共振ピークに比べて半値幅が非常に狭く、高精度なセンシングが実現した。
次に、微小液滴レーザーを用いて窒素ガスの流量を観測する実験について示す。
まず、撥水コートしたニードルの上に微小液滴を滴下して、微小液滴レーザーを作製した。
次に、この微小液滴光レーザーをニードルと共に断面積２ｍｍ２のガラス管内に入れた。このガラス管内に窒素ガスを流し込み、窒素ガスの流量を変化させながら蛍光スペクトルを測定して、レーザー特性について観測した。結果を、図２７～図３０に示す。
図２７および図２８に示す結果から、ＷＧＭ共振ピークは、窒素ガスの流量の増加に応じて、短波長側にシフトした。
また、図２９および図３０に示す結果から、窒素ガスの流量が８．３ｍ／ｓと２５ｍ／ｓの２点間の流量変化に対して、ＷＧＭ共振ピークの波長は可逆性を示すことが分かった。
【0093】
撥水コートしたニードル上に設置した微小液滴レーザーに、ガラス管より窒素ガスを流し込んだ場合の微小液滴光レーザーの形状変化の様子を図３１～図３３に示す。本実験では、詳細な微小液滴レーザーの形状変化を観測するために、窒素ガスを送り込むガラス管近傍に微小液滴レーザーを設置して光学顕微鏡にて観察した。窒素ガスを流し込んでいない状態では微小液滴レーザーの形状は真球形状を保持するが、窒素ガスの流量が６．７ｍ／ｓになると、微小液滴レーザーの形状は縦に伸びたような形状変化を示す。さらに、窒素ガスを流し込むのを止めると、微小液滴レーザーの形状は再び真球形状に戻る可逆性を示した。以上のことから、実施例１の微小液滴レーザーは、流速センサーとして機能することが分かった。
【0094】
「実施例９」
［流速センサー］
実施例１の微小液滴レーザーを用いた風の流速センシングを行なった。
実施例１の微小液滴レーザーをナノ秒パルスレーザー（波長＝３５５ｎｍ、周波数＝１ｋＨｚ、パルス幅＝７ｎｓ）で励起し、蛍光スペクトルを計測した。その結果、ＷＧＭ共振ピークを観測することができた。レーザーピークは、ＷＧＭ共振ピークに比べて半値幅が非常に狭く、高精度なセンシングが実現した。
次に、微小液滴レーザーを用いて窒素ガスの流量を観測する実験について示す。
図３４および図３５は、窒素ガスの流量を観測する実験方法を説明する図である。
まず、直径４ｍｍのニードル３００の外周面３００ａ上に、１辺の長さが７ｍｍの正方形状のフッ素コートした基板（以下、「撥水性基板」と言う。）３１０を設置した。撥水性基板３１０を、ニードル３００の一端部に設置した。この撥水性基板３１０の上に微小液滴を滴下して、微小液滴レーザー４００を作製した。
次に、この微小液滴レーザー４００を設置した撥水性基板３１０およびニードル３００の一端の近傍に、ガラス管３２０の一方の開口部３２０ａを設置した。ガラス管３２０としては、長手方向の断面の形状が正方形状であり、断面積１００ｍ２のガラス管を用いた。このガラス管３２０内に、撥水性基板３１０における微小液滴レーザー４００を設置した面３１０ａに対して水平方向から窒素ガスを流し込んだ。この状態で、レーザー発信器３３０から微小液滴レーザー４００にナノ秒パルスレーザーを照射し、窒素ガスの流量を変化させながら蛍光スペクトルを測定して、レーザー特性について観測した。撥水性基板３１０とレーザー発信器３３０の距離を５ｍｍとした。
結果を、図３６～図３９に示す。
図３６および図３７に示す結果から、ＷＧＭ共振ピークは、窒素ガスの流量を０ｍ／ｓ～０．０５ｍ／ｓの範囲で変化させた場合、窒素ガスの流量の増加に応じて、３７１．１ｎｍ／ｍ／ｓという高い感度で短波長側にシフトした。
また、図３８および図３９に示す結果から、窒素ガスの流量が０ｍ／ｓと０．１６７ｍ／ｓの２点間の流量変化に対して、ＷＧＭ共振ピークの波長は可逆性を示すことが分かった。
［流速センサー］
実施例１の微小液滴レーザーを用いた風の流速センシングを行なった。
実施例１の微小液滴レーザーをナノ秒パルスレーザー（波長＝３５５ｎｍ、周波数＝１ｋＨｚ、パルス幅＝７ｎｓ）で励起し、蛍光スペクトルを計測した。その結果、ＷＧＭ共振ピークを観測することができた。レーザーピークは、ＷＧＭ共振ピークに比べて半値幅が非常に狭く、高精度なセンシングが実現した。
次に、微小液滴レーザーを用いて窒素ガスの流量を観測する実験について示す。
図３４および図３５は、窒素ガスの流量を観測する実験方法を説明する図である。
まず、直径４ｍｍのニードル３００の外周面３００ａ上に、１辺の長さが７ｍｍの正方形状のフッ素コートした基板（以下、「撥水性基板」と言う。）３１０を設置した。撥水性基板３１０を、ニードル３００の一端部に設置した。この撥水性基板３１０の上に微小液滴を滴下して、微小液滴レーザー４００を作製した。
次に、この微小液滴レーザー４００を設置した撥水性基板３１０およびニードル３００の一端の近傍に、ガラス管３２０の一方の開口部３２０ａを設置した。ガラス管３２０としては、長手方向の断面の形状が正方形状であり、断面積１００ｍ２のガラス管を用いた。このガラス管３２０内に、撥水性基板３１０における微小液滴レーザー４００を設置した面３１０ａに対して水平方向から窒素ガスを流し込んだ。この状態で、レーザー発信器３３０から微小液滴レーザー４００にナノ秒パルスレーザーを照射し、窒素ガスの流量を変化させながら蛍光スペクトルを測定して、レーザー特性について観測した。撥水性基板３１０とレーザー発信器３３０の距離を５ｍｍとした。
結果を、図３６～図３９に示す。
図３６および図３７に示す結果から、ＷＧＭ共振ピークは、窒素ガスの流量を０ｍ／ｓ～０．０５ｍ／ｓの範囲で変化させた場合、窒素ガスの流量の増加に応じて、３７１．１ｎｍ／ｍ／ｓという高い感度で短波長側にシフトした。
また、図３８および図３９に示す結果から、窒素ガスの流量が０ｍ／ｓと０．１６７ｍ／ｓの２点間の流量変化に対して、ＷＧＭ共振ピークの波長は可逆性を示すことが分かった。
【0095】
フッ素コートした基板上に設置した微小液滴光共振器に、ガラス管より窒素ガスを流し込んだ場合の微小液滴光共振器の形状変化の様子を図４０～図４２に示す。本実験では、詳細な微小液滴光共振器の形状変化を観測するために、窒素ガスを送り込むガラス管近傍に微小液滴光共振器を設置して光学顕微鏡にて観察した。窒素ガスを流し込んでいない状態では微小液滴光共振器の形状は真球形状を保持するが、窒素ガスの流量が６．７ｍ／ｓになると、微小液滴光共振器の形状は縦に伸びたような形状変化を示す。さらに、窒素ガスを流し込むのを止めると、微小液滴光共振器の形状は再び真球形状に戻る可逆性を示した。以上のことから、実施例１の微小液滴レーザーは、流速センサーとして機能することが分かった。
【0096】
「実施例１０」
［流速センサー］
実施例９の流速センサーは、レーザー光を用いていることから、非常に時間分解能が高いことが利点である。このことから、流体の層流や乱流というような対流を検知することが可能である。
そこで、実施例９と同様にして、微小液滴レーザーを用い、下記のようにして、窒素ガスの流量を観測する実験を行った。
図４３および図４４は、窒素ガスの流量を観測する実験方法を説明する図である。
まず、直径４ｍｍのニードル３００の一端面３００ｂに接するように、１辺の長さが７ｍｍの正方形状のフッ素コートした基板（以下、「撥水性基板」と言う。）３１０を設置した。この撥水性基板３１０の上に微小液滴を滴下して、微小液滴レーザー４００を作製した。
次に、この微小液滴レーザー４００を設置した撥水性基板３１０の近傍に、ガラス管３２０の一方の開口部３２０ａを設置した。ガラス管３２０の長手方向が、撥水性基板３１０における微小液滴レーザー４００を設置した面３１０ａに対して垂直になるように、ガラス管３２０を配置した。ガラス管３２０としては、長手方向の断面の形状が正方形状であり、断面積１００ｍ２のガラス管を用いた。このガラス管３２０内に、撥水性基板３１０における微小液滴レーザー４００を設置した面３１０ａに対して垂直方向から窒素ガスを流し込んだ。この状態で、レーザー発信器３３０から微小液滴レーザー４００にナノ秒パルスレーザーを照射し、窒素ガスの流量を変化させながら蛍光スペクトルを測定して、レーザー特性について観測した。微小液滴レーザー４００とレーザー発信器３３０の距離を５ｍｍとした。
また、実施例９と同様にして、撥水性基板３１０における微小液滴レーザー４００を設置した面３１０ａに対して水平方向から窒素ガスを流し込んだ場合について、レーザー特性について観測した。
結果を、図４５～図４８に示す。
図４５および図４６は、撥水性基板３１０における微小液滴レーザー４００を設置した面３１０ａに対して垂直方向から窒素ガスを流し込んだ場合にレーザー特性について観測した結果を示す図である。図４７および図４８は、撥水性基板３１０における微小液滴レーザー４００を設置した面３１０ａに対して水平方向から窒素ガスを流し込んだ場合にレーザー特性について観測した結果を示す図である。
図４５および図４６に示す結果から、撥水性基板３１０における微小液滴レーザー４００を設置した面３１０ａに対して垂直方向から窒素ガスを流し込み、窒素ガスの流量を０ｍｍ／ｓ～６．７ｍｍ／ｓの範囲で変化させた場合、レーザーピーク波長は不規則な時間変化の挙動を示すことが確認された。
図４７および図４８に示す結果から、撥水性基板３１０における微小液滴レーザー２００を設置した面３１０ａに対して水平方向から窒素ガスを流し込み、窒素ガスの流量を０ｍｍ／ｓ～５．０ｍｍ／ｓの範囲で変化させた場合、大きな時間変化の挙動が確認されなかった。
したがって、微小液滴レーザー４００は、撥水性基板３１０における微小液滴レーザー４００を設置した面３１０ａに対する風向き（水平方向と垂直方向）によって、レーザーピーク波長の時間変化の挙動が異なるため、撥水性基板３１０の表面近傍の対流を検知できることが分かった。
［流速センサー］
実施例９の流速センサーは、レーザー光を用いていることから、非常に時間分解能が高いことが利点である。このことから、流体の層流や乱流というような対流を検知することが可能である。
そこで、実施例９と同様にして、微小液滴レーザーを用い、下記のようにして、窒素ガスの流量を観測する実験を行った。
図４３および図４４は、窒素ガスの流量を観測する実験方法を説明する図である。
まず、直径４ｍｍのニードル３００の一端面３００ｂに接するように、１辺の長さが７ｍｍの正方形状のフッ素コートした基板（以下、「撥水性基板」と言う。）３１０を設置した。この撥水性基板３１０の上に微小液滴を滴下して、微小液滴レーザー４００を作製した。
次に、この微小液滴レーザー４００を設置した撥水性基板３１０の近傍に、ガラス管３２０の一方の開口部３２０ａを設置した。ガラス管３２０の長手方向が、撥水性基板３１０における微小液滴レーザー４００を設置した面３１０ａに対して垂直になるように、ガラス管３２０を配置した。ガラス管３２０としては、長手方向の断面の形状が正方形状であり、断面積１００ｍ２のガラス管を用いた。このガラス管３２０内に、撥水性基板３１０における微小液滴レーザー４００を設置した面３１０ａに対して垂直方向から窒素ガスを流し込んだ。この状態で、レーザー発信器３３０から微小液滴レーザー４００にナノ秒パルスレーザーを照射し、窒素ガスの流量を変化させながら蛍光スペクトルを測定して、レーザー特性について観測した。微小液滴レーザー４００とレーザー発信器３３０の距離を５ｍｍとした。
また、実施例９と同様にして、撥水性基板３１０における微小液滴レーザー４００を設置した面３１０ａに対して水平方向から窒素ガスを流し込んだ場合について、レーザー特性について観測した。
結果を、図４５～図４８に示す。
図４５および図４６は、撥水性基板３１０における微小液滴レーザー４００を設置した面３１０ａに対して垂直方向から窒素ガスを流し込んだ場合にレーザー特性について観測した結果を示す図である。図４７および図４８は、撥水性基板３１０における微小液滴レーザー４００を設置した面３１０ａに対して水平方向から窒素ガスを流し込んだ場合にレーザー特性について観測した結果を示す図である。
図４５および図４６に示す結果から、撥水性基板３１０における微小液滴レーザー４００を設置した面３１０ａに対して垂直方向から窒素ガスを流し込み、窒素ガスの流量を０ｍｍ／ｓ～６．７ｍｍ／ｓの範囲で変化させた場合、レーザーピーク波長は不規則な時間変化の挙動を示すことが確認された。
図４７および図４８に示す結果から、撥水性基板３１０における微小液滴レーザー２００を設置した面３１０ａに対して水平方向から窒素ガスを流し込み、窒素ガスの流量を０ｍｍ／ｓ～５．０ｍｍ／ｓの範囲で変化させた場合、大きな時間変化の挙動が確認されなかった。
したがって、微小液滴レーザー４００は、撥水性基板３１０における微小液滴レーザー４００を設置した面３１０ａに対する風向き（水平方向と垂直方向）によって、レーザーピーク波長の時間変化の挙動が異なるため、撥水性基板３１０の表面近傍の対流を検知できることが分かった。
【符号の説明】
【0097】
１ 構造体
１０ 基材
２０ 液滴形成膜
３０ マイクロ液滴
１０ 基材
２０ 液滴形成膜
３０ マイクロ液滴
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
【図43】
【図44】
【図45】
【図46】
【図47】
【図48】