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2023 Fiscal Year Annual Research Report

Experimental Study of Solid-Liquid Interface at the Nanoscale

Research Project

Project/Area Number 20H02089
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

高橋 厚史  九州大学, 工学研究院, 教授 (10243924)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 李 秦宜  九州大学, 工学研究院, 准教授 (60792041)
生田 竜也  九州大学, 工学研究院, 技術専門職員 (70532331)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2024-03-31
Keywordsナノマイクロ熱工学 / TEM / AFM / ナノバブル / グラフェン
Outline of Annual Research Achievements

固液界面での水の安定構造と固気液三相界線の動特性を固体面から数ナノメートルオーダーの領域において解明している。固液界面ナノバブルの安定性及び挙動に関しては、これまでの溶存空気由来の空気気泡以外に水の電気分解由来の水素気泡について、HOPG上での形状および内圧の計測をAFMを用いて行った。その結果、電気分解水素のナノバブルは溶存空気由来とは大きく異なる挙動を示した。この結果の解釈は現在も引き続き検討中であるが、溶存空気由来のナノバブルの内部は空気とは異なる状態である可能性が強まったと言える。
水の三相界線のナノスケールでの動的機構をTEMで観察することを可能とする新規液体セルとして、厚さ数10nmの膜に微細な貫通孔を設けて、その膜を液体を含めてグラフェンで挟んだセルを開発した。膜の材料としてはアルミナとシリコンを試したところ、グラフェンとの接着性の点でシリコンが適していることがわかった。今後はこのデバイスを用いてのTEM内での加熱・蒸発実験に進みたいと考えている。一方で、カップスタック型カーボンナノチューブ(CSCNT)を用いて内部の水の加熱実験には成功しており、600度Cを越えて初めて変化が現れることがわかったが、それがCSCNTの厚いカーボン層に由来するのか、液相自体のサイズがナノスケールであるためなのか、更なる研究が必要である。
三相界線の動的挙動の理解には、グラフェンのような理想的平坦面を用いた実験と平行して、実際の粗さのある面での物理機構を把握することも欠かせない。そこで、HOPG表面とシリコン表面での水のすべり長さをAFMで正確に計測する手法を新たに開発した。それを用いて、ナノチャンネルを用いて得られたすべり長さとほぼ一致する値を得ることができた。加えて、固体表面に親水性のナノ材料を被覆した場合の接触角について実験を行って工業的に有用な物理的解釈を得ることもできた。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (16 results)

All 2024 2023

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (13 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Optimizing the methodology for accurate and accessible slip length measurement with atomic force microscopy2024

    • Author(s)
      Ishida Haruya、Teshima Hideaki、Li Qin-Yi、Takahashi Koji
    • Journal Title

      International Journal of Thermofluids

      Volume: 22 Pages: 100634~100634

    • DOI

      10.1016/j.ijft.2024.100634

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Crack expansion dynamics of freeze-dried soybean curd during rehydration2024

    • Author(s)
      Hirakawa Mai、Teshima Hideaki、Ikuta Tatsuya、Takahashi Koji
    • Journal Title

      Food Science and Technology Research

      Volume: 30(3) Pages: 1~9

    • DOI

      10.3136/fstr.FSTR-D-23-00230

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Nano-captured water affects the wettability of cellulose nanofiber films2024

    • Author(s)
      Misaka Masumi、Teshima Hideaki、Hirokawa Sota、Li Qin-Yi、Takahashi Koji
    • Journal Title

      Surfaces and Interfaces

      Volume: 46 Pages: 103923~103923

    • DOI

      10.1016/j.surfin.2024.103923

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] オングストロームスケールの表面不均一によるナノ液滴の三相界線ピニング2023

    • Author(s)
      平間 裕大, 手嶋 秀彰, 高橋 厚史
    • Organizer
      第60回日本伝熱シンポジウム
  • [Presentation] 原子間力顕微鏡を用いた固液界面のすべり長さと表面電荷密度の同時計測手法の開発2023

    • Author(s)
      石田 遥也, 手嶋 秀彰, 高橋 厚史
    • Organizer
      第60回日本伝熱シンポジウム
  • [Presentation] グラフェン液体セルの形状および圧力の同時計測2023

    • Author(s)
      廣川 颯汰, 手嶋 秀彰, FERNANDEZ Pablo, 吾郷 浩樹, 李 秦宜, 高橋 厚史
    • Organizer
      第60回日本伝熱シンポジウム
  • [Presentation] AFM を用いた固液界面のナノスケール気相計測とその信頼性2023

    • Author(s)
      手嶋 秀彰, 高橋 厚史
    • Organizer
      日本顕微鏡学会第79回学術講演会
  • [Presentation] グラフェン液体セルの 3 次元形状と圧力の評価2023

    • Author(s)
      廣川 颯汰, 手嶋 秀彰, FERNANDEZ Pablo, 吾郷 浩樹, 李 秦宜, 高橋 厚史
    • Organizer
      日本顕微鏡学会第79回学術講演会
  • [Presentation] Experimental Investigation of Solid-Liquid Interfacial Phenomena at the Nanoscale2023

    • Author(s)
      Hideaki Teshima, Koji Takahashi
    • Organizer
      10th US-Japan Joint Seminar on Nanoscale Transport Phenomena
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 温度変化に誘起される界面ナノバブルとマイクロパンケーキのダイナミクス2023

    • Author(s)
      手嶋 秀彰, 高橋 厚史
    • Organizer
      混相流シンポジウム2023
  • [Presentation] Slip flow and capillary evaporation in graphene nanochannels2023

    • Author(s)
      Qin-Yi Li, Kun Cheng, Kuan-Ting Chen, Koji Takahashi
    • Organizer
      6th International Conference on Droplets
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] DEVELOPMENT OF AFM MEASUREMENT METHOD FOR SLIP LENGTH CONSIDERING THE EFFECT OF ELECTRIC DOUBLE LAYER FORCE2023

    • Author(s)
      H. Ishida H. Teshima, K. Takahashi
    • Organizer
      The 8th International Conference on Micro and Nano Flows
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Thermally induced mass transfer between nanobubbles and micropancakes2023

    • Author(s)
      Hideaki Teshima, Qin-Yi Li, Koji Takahashi
    • Organizer
      The 8th International Conference on Micro and Nano Flows
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] SLIP FLOW AND CAPILLARY EVAPORATION OF WATER IN GRAPHENE NANOCHANNELS2023

    • Author(s)
      Kun Cheng, Qinyi Li, Koji Takahashi
    • Organizer
      The 33rd International Symposium on Transport Phenomena
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Crack Propagation Mechanism of Freeze-Dried Soybean Curds during the Rehydration Process2023

    • Author(s)
      M. Hirakawa, H. Teshima, T. Ikuta, K. Takahashi
    • Organizer
      APS DFD 2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Three-Dimensional Observation of Three-Phase Contact Line with Precursor Film on Nanostructured Surfaces2023

    • Author(s)
      H. Teshima, T. Ueno, K. Takahashi
    • Organizer
      APS DFD 2023
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2024-12-25  

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