2022 Fiscal Year Annual Research Report
Analysis and control of bubble generation in nanopores
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20H02081
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
大宮司 啓文 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (10302754)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
徐 偉倫 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (50771549)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ナノバブル / ナノ細孔 / 気泡核生成 / 沸騰 / マイクロ冷却デバイス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
固体ナノ細孔における気泡発生は，不凝縮ガスを含まないナノ蒸気気泡の場合，ナノスケールの沸騰現象の制御技術，ひいては次世代半導体チップの冷却技術を創出する．一方，不凝縮ガスを含むナノ気泡は，周囲の環境によらず長時間安定であるため，物質の混合や化学反応を促進させたり，超音波造影剤として利用したりすることが考えらえる．その応用は熱工学分野のみならず，化学工学分野，生体工学分野など多岐に渡る．本研究では，ナノ細孔を電解質水溶液で満たし，ジュール加熱によりナノ気泡を発生させる系を用いて，単一気泡の均一核生成，不均一核生成など気泡核生成条件の評価，および固体ナノ細孔内部で見られる様々な沸騰現象の解明を目的とする．
イオン電流計測と音場計測に数値シミュレーションを組み合わせることでナノスケールの気泡のナノ秒のダイナミクスを推定することに成功した．また，マクロスケールのプール沸騰と同様の沸騰現象，すなわち核沸騰，遷移沸騰，膜沸騰がナノ細孔内部においても見られることをイオン電流計測，およびハイドロフォーンによる音場計測から推定した．特に，膜沸騰に対応するナノ細孔内の沸騰のモデルとして，円筒系のナノ細孔の内表面にトーラス状の蒸気膜が形成されると考え，トーラス状の蒸気膜のダイナミクス（振動現象），安定性，および熱バランスなどを理論解析により予測した．さらに，ナノ細孔内部の沸騰実験から沸騰曲線を求めた．
これらの研究成果は，沸騰の基礎研究として，ナノスケールの気泡のナノ秒のダイナミクスを明らかにしただけでなく，次世代半導体チップの冷却技術に繋がるナノバブルエミッターなど，工学的デバイスの設計に有用な知見を与えるものと期待される．
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(7 results)
