2018 Fiscal Year Annual Research Report
固液気異相界面の界面抵抗と界面摩擦機構のマルチフィジックス
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18H01385
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
長山 暁子 九州工業大学, 大学院工学研究院, 教授 (60370029)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西川 宏志 九州工業大学, 大学院工学研究院, 助教 (40208161)
高瀬 聡子 九州工業大学, 大学院工学研究院, 助教 (60239275)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 固液気界面 / 界面抵抗 / 真実接触面積 / 濡れ / 界面摩擦機構 / マイクロ・ナノデバイス / ナノトライボロジー / 分子動力学解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
固体・液体・気体の異相間接触によって生じた界面抵抗は，系の代表寸法が小さくなるとその効果が相対的に増加し，従来のマクロ系の伝熱理論が成立しなくなる要因になる．本研究では，伝熱は伝熱面積（接触面積），濡れは濡れ面積（接触面積），電気化学反応は反応面積（接触面積）に支配されることに着目し，①固液気の異相間界面抵抗と熱・濡れ・電気化学特性との相関関係を解明することより界面抵抗を定量的に評価するとともに，②スケール効果で顕著となる界面抵抗が摩擦界面の温度や粘性などに著しい影響を及ぼすため，摩擦機構における界面効果を明らかにすることを目的とする．
今年度は，①微細加工・濡れ性測定・熱計測による固液気接触界面抵抗の評価，②電気化学インピーダンス計測による異相界面真実接触面積の評価，③分子動力学解析による接触面積に基づいた界面抵抗の理論モデル，④界面抵抗を考慮した境界条件を用いた流体潤滑特性の解析などについて検討しました．①については，マイクロ微細加工技術でナノ構造面，マイクロ構造面およびナノ・マイクロ階層構造面を作製し，基板表面における純水液滴の接触角を計測し，異なる表面構造によって液滴と基板表面との真実接触面積を濡れの理論モデルより評価した．また，異なる表面構造を持つ基板表面をマイクロチャンネル熱計測デバイスによる固液間接触界面抵抗を測定した．②については，主に親水面における電気化学インピーダンスを計測し，真実接触面積を評価した．③については，異なる構造を持つ表面における濡れ挙動および熱抵抗を分子動力学法を用いて解析した．④については，界面抵抗を考慮した境界条件を用いて流体潤滑の基礎方程式を導出し，液膜厚みと界面抵抗の等価長さの相関から流体潤滑特性のスケール効果を解明した．
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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
今年度は，①微細加工・濡れ性測定・熱計測による固液気接触界面抵抗の評価，②電気化学インピーダンス計測による異相界面真実接触面積の評価，③分子動力学解析による接触面積に基づいた界面抵抗の理論モデル，④界面抵抗を考慮した境界条件を用いた流体潤滑特性の解析などについて検討しまして，おおよそ予定通りの結果が得られた．
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度以降は引き続き実験および解析を進めていき，適宜な時期に学会発表を行う予定である．
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