2018 Fiscal Year Research-status Report
Investigation of thermophysical properties for liquid thin film
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17K14612
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| Research Institution | Akashi National College of Technology |
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Principal Investigator |
田中 誠一 明石工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (00599251)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 石けん膜 / 固体薄膜 / 薄膜 / 熱物性 / 非定常短細線法 / 散逸分子動力学法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は身近にある液体薄膜として石けん膜に注目し、液体薄膜の熱伝導率・熱拡散率の測定技術を確立し、界面の両親媒性分子の配向による熱物性値の変化やその熱輸送特性を解明する。30年度は、以下の内容について実施した。
（１）石けん膜の調整技術の確立と種々の石けん膜に対する測定：前年度に明らかになった細線近傍の膜形状の影響を調査し、これを減少させるため、着色したPVA（ポリビニールアルコール）水溶液の液体薄膜の成膜技術を確立し、熱物性値の測定を行った。膜形状の測定には、散乱光をよくとらえるために青色光を横方向から入射し、デジタルマイクロスコープを用いて測定した。この結果から比較測定に用いる数値解析のモデルを作成したところ熱伝導率、熱拡散率ともにバルクの参照値との偏差が前年度に比べ20分の1程度となり大きく改善された。しかし、電子顕微鏡による観察を合わせて行った結果、この形状測定結果の偏差は未だ大きく、本装置による膜形状の測定精度の範囲内ではこれ以上の正確な値を得ることは困難である。
（２）石けん膜に対するシミュレーション：前年度のDPD法（散逸分子動力学法）による液膜内の熱輸送状態の計算結果から、両親媒性分子の配向による異方性やミセルの存在による熱物性値への影響を本測定手法によって測定可能かどうかを、液体薄膜に異方的な熱伝導率を与えた数値実験で調査した。計算モデルでは液体薄膜の垂直方向と面方向で異なる熱伝導率を与え、この模擬実験データを作成し、Gauss-Newton法による推定を行った。計算より面方向の熱物性値は推定できるが垂直方向の熱物性値は細線の温度変化に大きく影響しないため推定が困難であることが分かった。
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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
（１）石けん膜の調整技術の確立と種々の石けん膜に対する測定：前年度のPVA樹脂薄膜の熱物性値測定によって明らかになった細線近傍の膜形状が測定結果に及ぼす影響を明らかにするため、着色薄膜の成膜を集中的に実施した。そのため液体薄膜の調整は十分にはできなかったが、PVA樹脂膜の成膜過程で液体薄膜の調整をする過程で溶液作成や膜を保持する環境条件など基礎となる調整技術は確立できたといえる。また、種々の石けん膜に対する測定は上述の通りPVAを始め市販の石けん等を対象に実施しており引き続き測定を行っている。
（２）石けん膜に対するシミュレーション：前年度のDPD法（散逸分子動力学法）による液膜内の熱輸送状態の計算により、薄膜の熱物性値の異方性が予測されたため、今年度は以降予定していた熱物性の異方性を本測定方法で把握することが可能か検討を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は以下の計画で実施する予定である。
（１）測定プローブの改良：これまでの検討により、膜形状測定における課題として、細線近傍の形状測定が困難であること、細線端部の膜形状が液だまりになること、均一な成膜が困難であることである。これらの課題を解決するため測定プローブを改良する。具体的には、細線の径と張る方向の変更を行い、端子の設置方法を変更する。改良したプローブで引き続き種々の液体膜について測定を行う。
（２）測定結果およびシミュレーション結果の評価：前年度の石けん膜の熱伝導率および熱拡散率の測定を引き続き行い、一方でその石けん膜に対するDPD 法によるエネルギー伝播解析との比較から石けん膜内の分子構造が熱物性値に与える影響を詳細に分析評価する。
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