A challenge to lower limit of boiling incipience by hierarchical surface science

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02088
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 19020:Thermal engineering-related
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: Yasuyuki Takata 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)
• 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) ; Shen Biao 筑波大学, システム情報系, 助教 (80730811)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 沸騰開始点 / 濡れ性 / 表面構造 / 分子動力学

Outline of Final Research Achievements

We succeeded in creating a reentrant cavity structure with 10-20 nm-sized openings on the surface of aluminum by performing anodizing treatment, aiming to reduce the onset of nucleate boiling (ONB) superheat. By applying this heat transfer surface to ethanol and HFE7100, we achieved a significant reduction in ONB superheat and enhancement of heat transfer in the nucleate boiling region. Furthermore, observations of the gas-liquid interface behavior using AFM and molecular dynamics simulations provided important insights for understanding the mechanism of boiling onset.

Free Research Field

熱工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

沸騰開始過熱度(ONB)の低減下は，電子機器の冷却に非常に重要である．水を冷却材に用いる場合は濡れ性の制御により可能であったが，水以以外の流体にこの手法を用いることはできなかった．本研究では，アルミニウム表面に微細なリエントラントキャビティ構造を設けることでONBの低減下に成功した．濡れの制御ではなく表面微細構造の制御により達成できたことと水以外の流体への展開が可能となったことは実用上非常に重要である．