蒸発と凝縮が混在するマイクロスケール閉鎖系の伝熱特性の解明

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K15414
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 塚本 貴城 東北大学, 工学研究科, 准教授 (70646413)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: MEMS / 熱流束測定 / 感温塗料

Outline of Annual Research Achievements

微小領域における局所熱流束分布測定のための実験システムを考案した2種類の感温塗料（EuTTAとRuPhen)を用い，それらを紫外線カットフィルムの両側に塗布する．それぞれの感温塗料に対応した励起波長(365nm, 450nm)をパルス照射し，蛍光画像を，それぞれのパルスに同期した蛍光観察用の2台のカメラで観測する．365nmの照射光はUVカットフィルムによってブロックされ，EuTTAのみが励起される．一方450nmの照射光はEuTTAを励起できず，RuPhenのみを励起する．この手法を用いることで，面を通過する熱流束によってシ生じるUVフィルム両側の温度差を測定することができる．
微小領域での測定が目的であり，また，微小な蛍光を取得するために，照明光学系，測定光学系を設計し，測定セットアップとして構築した．波長選択ミラーを用いて，2種類の照明光を同軸に重ね合わせて試料に照射する．サンプルから生じる蛍光は，波長選択ミラーによって照射光と分離し，カメラポートへと出力される．カメラポートでは，ハーフミラーを用いて，2つのカメラで同じ視野の蛍光像を取得する．照明光のパルス幅，タイミングの制御，ならびに，カメラのシャッタータイミングをFPGAを用いた制御器で制御することで，2つの蛍光像をそれぞれ独立に取得できる．
微小領域における感温塗料の塗布のむらによって，温度感度にばらつきが出ることが明らかになった．また，このばらつきは，蛍光の絶対値や塗布膜の厚さに関連があることがわかった．蛍光の絶対値を用いた補正方法を開発し，温度測定誤差を低減した．