2020 Fiscal Year Annual Research Report
濡れが非均一な狭隘微細構造により制限を受ける気液相変化現象の解明と高熱輸送化
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19K14908
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
植木 祥高 大阪大学, 工学研究科, 助教 (50731957)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 蒸発 / 微細構造 / 分子動力学 / 界面 / 相変化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
蒸発はヒートパイプやヒートポンプといった幅広く工業機器において重要な物理現象であり，その促進や制御には大きなニーズが存在する．蒸発現象に着目すれば，固気液三相接触線からの蒸発量が支配的であり，伝熱面表面の物理化学特性を変化させることで蒸発の促進を得る試みが多くなされている．近年の微細加工技術の進展によりナノスケールの表面構造を作製することが実現しているが，ナノ構造が蒸発をどのように，どの程度変化させることが可能であるのか，集成した物理的理解が得られているとは言い難い．
そのような研究背景から，本研究にて表面に周期的なナノ構造を付与した伝熱面における蒸発現象について古典分子動力学法による分子熱流体解析と，実証実験を組み合わせて実施することにより，体系的な理解の獲得を図る．
該当年度において，ナノスケールの微細狭隘構造であるナノスリット系を対象として，分子動力学解析を行った．その結果，各種構造特性や濡れ性が蒸発量や流体分子の蒸発経路に与える影響を明らかとした．また，固気液三相接触線領域からの熱輸送の方向成分の寄与は，非等方的であるといった数値解析結果が得られており，伝熱面近傍における蒸発挙動の分子論的な描像が明らかにした．
また，実証実験においては電子線リソグラフィーを活用したおよそ100ナノメートルの表面周期構造を伝熱面に付与して蒸発に与える寄与を評価した．それに加え，赤外線温度計測を行うことで温度場，液滴形状，そして蒸発量との相関を調査した．その結果，表面周期構造を伝熱面に付与した際に，Wenzel状態におかれた液滴が微細構造から物理ピニングを受け，固気液三相接触線の長さの減少が抑制されるため，蒸発量が促進される実験結果を得た．以上の結果から，ナノスケール表面周期構造が蒸発に与える影響について包括的な理解を獲得した．
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| Remarks |
【受賞】
礒部佑磨, 植木祥高, 芝原正彦，「伝熱面における微細構造が蒸発に与える影響に関する分子動力学的研究」，日本機械学会関西支部定時総会講演会メカボケーション学生研究発表セッション・ベストポスター賞受賞，2021年3月．
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