2022 Fiscal Year Annual Research Report
A challenge to lower limit of boiling incipience by hierarchical surface science
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20H02088
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
高田 保之 九州大学, カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所, 特命教授 (70171444)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
津田 伸一 九州大学, 工学研究院, 准教授 (00466244)
高橋 厚史 九州大学, 工学研究院, 教授 (10243924)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 沸騰開始点 / 濡れ性 / 表面構造 / 分子動力学 / アルマイト処理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1) 新規表面開発と沸騰伝熱試験
エタノールについてはハロイサイトナノチューブ(HNT)コーティングにより、沸騰開始過熱度が大幅に低減すること、および核沸騰熱伝達率が向上することが明らかになった。アルミニウム伝熱面にリン酸アルマイト処理を施し、表面に微細構造を形成させたところ、熱伝達率が3倍以上に向上することが確認された。エタノールについてはHNTとアルマイト処理の組合せが理想的な沸騰伝熱面となることが明らかになった。一方、HFE7100の場合はHNTコーティングは効果がなかったので、リン酸アルマイトと硫酸アルマイト処理を組み合わせて、微細リエントラントキャビティを作成したところ発泡開始過熱度を低下させることができた。
(2)ナノ空間での気液界面および相変化の実験的研究
AFMを用いて三相接触線近傍を調べたところ、厚さが数10nm以下の液膜では固体表面のサブナノオーダーの凹凸がピニングを有意に引き起こすことがわかった。TEM観察の結果も合わせて考察し、固液界面の種々の機微が相変化の未解明な物理機構に帰着していると結論付けた。
(3)発泡現象の分子動力学シミュレーション
発泡現象の物理機構の解明と発泡に最適な表面構造の探索の一環として、撥水性の微小物体（ナノロッド）を基板近傍に導入した場合のエタノール沸騰の分子動力学シミュレーションを行った。その結果、エタノールと基板間の撥水性が高い場合には、ナノロッドとエタノールの間に形成される空隙を起点とした発泡が生じやすくなることが示され，その定性的性質については不均質核生成の古典理論により合理的に説明し得ることがわかった。
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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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