| Project/Area Number |
22K03943
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 19020:Thermal engineering-related
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
上野 藍 名古屋大学, 工学研究科, 講師 (50647211)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
橋本 将明 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 助教 (00914409)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
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| Keywords | ストレッチャブルデバイス / ループヒートパイプ / 二相流 / 階層マイクロピラー / ナノブレード |
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| Outline of Research at the Start |
本研究はMEMS技術を活用したストレッチャブル熱輸送デバイスを世界で初めて実現し，ウェアラブル電子機器の高密度化，高出力化にブレイクスルーをもたらすことを最終目的とする．具体的には，まずソフトマター上のナノ・マイクロスケール狭隘空間に創成した階層マイクロピラー，およびナノブレード界面での気液相変化素過程を独自の可視計測手法により観察し，伸縮による空間変形や振動に伴う二相流動特性の変化を系統的に明らかにする．次に，階層マイクロピラーで発現する毛細管力と，ナノブレード界面で生じる滴状凝縮を活用したストレッチャブルな熱輸送デバイスの実現性を検証する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，階層マイクロピラーを用いた蒸発現象およびナノブレードによる滴状凝縮現象を融合した次世代ストレッチャブル熱デバイスを創出するとともに，伸縮・振動下における各相変化の物理現象を解明することで，デバイスシステム全体を最適化し，実社会に適用可能なデバイスを提案することを最終目的とする．2023年度の主な研究実績としては，下記の2点を実施した．
1.高ガスバリア性をもつフレキシブル2相流熱輸送デバイスの創出
昨年度に引き続き、フレキシブルな気液2相熱輸送デバイスの性能向上として重要となる高ガス・液バリア性の改善のため，パリレン樹脂を用いたデバイスプロセスの確立およびデバイスの熱的性能評価を行った．また，湾曲姿勢においても熱負荷試験を実施し，水平姿勢と湾曲姿勢におけるデバイス性能比較や課題の洗い出しを行った．さらに本成果はMEMS分野で高く評価されているIEEE MEMS2024における国際学会で発表され高い評価を得ている．また，これまでの成果を速やかにまとめ，学術論文に掲載された．
2.熱デバイスの最適化と伸縮・振動下における相界面の学理構築
2023年度は上記の1.と並行してマイクロポンプの解析モデルの改良および湾曲姿勢での実験結果をもとに伸縮下での熱流動現象の可視・赤外観察を実施した．これらの知見を活用し，現在ではデバイスの姿勢に依存せずに駆動可能な熱輸送デバイスの設計・作製に取り組んでいる．また伸縮下における詳細な物理現象の解明についても独自で開発した装置を用いて検証している．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の最終目標として，実際に社会実装可能なデバイス創出まで視野に入れており，2023年度はその際に必要不可欠な要素である高液・ガスバリア性能を大幅に改善し，熱デバイスとしての駆動実証に成功した．さらに，本研究計画通りに，伸縮化における熱流動現象の解明にも取り組んでいる．また共同研究者とも定期的にミーティングを実施し，効率的に研究を進めている．
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| Strategy for Future Research Activity |
2024年度も引き続き，下記の研究計画を遂行していく予定である．
1.マイクロポンプの提案およびモデル構築と滴状凝縮のデバイス実装
2024年度は従来の熱輸送デバイスでは着目される蒸発部のみならず凝縮部においてもナノブレードをドライエッチングで樹脂上に作製し，凝縮性能に優れた相界面をもつプロトタイプデバイスを試作し，材料依存性や伸縮・振動下の評価を行い，デバイス実装に必要な条件を明らかにする． さらに，デバイスシステムとしての最適化を図るため，新規のプロトタイプデバイスを作製する．
2. 熱デバイスの最適化と伸縮・振動下における相界面の学理構築
2024年度は昨年度に引き続き，マイクロ流体も考慮した解析モデルの構築と伸縮化における物理現象の解明を目指す．具体的には，1) 伸縮化におけるデバイスの蒸発/凝縮の物理現象の理解と2)三次元熱解析モデルに基づき，デバイスの設計・作製を行う．また，伸縮部の蒸発/凝縮現象の観察には，赤外/可視カメラによる遷移/過渡現象を観察する実験系の構築を進める．
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