2020 Fiscal Year Research-status Report
マイクロ・ナノスケールの表面構造を用いて熱的に駆動する動力機構の構築
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20K04279
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| Research Institution | Ube National College of Technology |
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Principal Investigator |
米村 茂 宇部工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (00282004)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山口 浩樹 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (50432240)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 分子流体力学 / クヌッセン力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
マイクロ・ナノスケールの空間で気体温度場に不均一がある場合、気体分子によって固体表面にもたらされる運動量にアンバランスが生じ、クヌッセン力と呼ばれる力が固体に働く。本研究では、クヌッセン力を二物体に働かせて相対運動を熱的に駆動する動力機構を構築することを目的とする。そのために、理論的な考察により、クヌッセン力が得られる条件を検討し、数値シミュレーションによってその成否を確かめ、その結果を検証することを目的として実験も行う。
令和2年度はノコギリ刃形状の微細な表面構造をもつ基板に働くクヌッセン力を数値シミュレーションによって調べた。ノコギリ刃の形状を固定して、クヌッセン数を変化させるパラメトリックスタディを行った。クヌッセン力については、絶対的な力ではなく、気体の圧力で無次元化した無次元クヌッセン力について検討を行った。数値計算の結果、無次元クヌッセン力はクヌッセン数が十分小さいところでは働かず、クヌッセン数が大きくなり１に近づくにつれて大きくなりピークを示し、クヌッセン数が１からさらに大きくなると、再び小さくなって消滅することを明らかにした。
実験においては、物体と基板に温度差があったときに環境のクヌッセン数に応じて浮上することを確認するため、真空容器内で実現できる実験系を構築した。まずは予備実験として平滑な基板上でガラス繊維膜を物体として設置したところ、静止摩擦力が減少することが確認でき、浮上していることが示唆された。併せて、本ターゲットとしているノコギリ刃状の基板の基板を実際に用意し、物体を駆動させる本実験の準備を行っている。また、最終的に駆動するだけでなく力の大きさを計測するために、梁にクヌッセン力を働かせて回転させることによりその大きさを計測する実験系も構築した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
数値解析および実験の進展状況は順調であり、ほぼ当初の計画通りである。
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| Strategy for Future Research Activity |
数値解析においては、基板の表面構造を様々に変化させて、その結果を分析し、現象を理解することを通して、より有利な構造について考察する。
また、実験においては、基板を変更して物体を駆動する本実験を開始し、基板形状が物体の運動に与える影響を観測する。そして、物体に働くクヌッセン力を計測するための実験系では本実験用の基板がうまく適用できるように改良を行い、基板形状による力の変化を計測する。
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| Causes of Carryover |
予備実験にある程度時間がかかったため、本実験で使用する一部が次年度使用となった。翌年度は物体を駆動する本実験を開始するため、本実験用の基板が利用できるように実験系を改良する際に翌年度請求分と次年度使用額を合わせて使用する．
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Research Products
(3 results)
