2019 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation and control of thermal transport characteristics of nanoscale solid-liquid interface complex toward the creation of novel thermal materials
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17K06182
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
小原 拓 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (40211833)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 固液界面 / 熱輸送 / 界面熱抵抗 / 分子動力学 / 固液複合系ナノ材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、厚さ10～100nmの固体層・液体層の積層構造により、いわば固液界面のみから成るマクロ媒体を構成して、固液界面において生じている特異な（バルク液体・固体とは異なる）熱輸送特性を積極的に利用した新しい熱媒体を創成するための学理を確立する基礎研究である。固液界面の熱輸送における非平衡性や熱抵抗発現などの現象を理解し、それらが重畳した現象をマクロなスケールから観測したときに熱媒体として示す総括的特性を解明すると共に、この特性の自在な制御を目的として、固液界面のナノスケール非平衡熱輸送特性を制御するための方策を探る。大規模な分子動力学シミュレーションによる重畳界面の特性解明と制御法の探索により、これまでにない特性を自在・柔軟に実現できる熱媒体材料「ナノ固液界面複合系」に直結する成果をあげることが本研究の目的である。
固体表面どうしを接合した界面では、表面の凹凸のために真実接触する面積が大幅に減少するため、界面において熱通過に大きな温度効果を伴う熱抵抗が発現する。これに対して固体－液体の界面では、真実接触の問題はないにもかかわらず、界面熱抵抗が生じる。これに対して小原らが提案した分子動力学解析による界面熱エネルギー輸送特性の解析法は、熱エネルギーの伝搬モード（熱エネルギー伝搬に寄与する分子運動の自由度）や界面近傍の液体中に形成される構造の影響などを知ることができる。
2019年度は、3年間の研究の締めくくりとして、分子層1層（厚さ約0.3nm）からバルク液体を含む厚さ6nmに渡る様々な厚さの液膜を固体壁が挟んだ構造について解析を行い、固液界面や液膜の熱輸送特性を明らかにした。液膜厚さが小さい場合には対向する2つの固体表面構造の組み合わせにより熱輸送特性が変化するなど、新しい特性を発見した。
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Research Products
(4 results)
