2022 Fiscal Year Annual Research Report
Luminescence from nanobubbles: Understanding and control of nanobubble dynamics in nano pores
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22F22053
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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| Host Researcher |
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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| Foreign Research Fellow |
NAG SARTHAK 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2022-04-22 – 2023-03-31
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| Keywords | ナノバブル / ナノ細孔 / 相変化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ジュール加熱によるナノ細孔内部の蒸気ナノバブルの核生成と崩壊は衝動的かつ瞬間的である。その寿命（蒸気ナノバブルが崩壊して再び核生成するまでの時間）はナノ秒のオーダーである。この現象を詳細に研究すれば、ナノバブルが崩壊する際に放出されるエネルギーを推定したり、ナノバブルの発光を実現したりできると考えられる。光の能動制御は標的発光の開発において有望であり、生物医学、発光エレクトロニクス、あるいは光に敏感なナノ材料の操作において新しい技術を創出することが期待される。本研究では、ナノ細孔内部で発生する蒸気ナノバブルのダイナミクスを理解し、制御することで、ナノバブルの発光を実現することを目的とする。
蒸気ナノバブルの発光現象を研究するためには、はじめに、ナノ細孔内部で発生する蒸気ナノバブルのダイナミクスを詳細に理解する必要がある。そこで本研究では、理論においては、ナノ細孔に電解質水溶液を満たし、ジュール加熱によってナノ細孔内部に蒸気ナノバブルを発生させる系をシミュレーションによって再現すること、実験においては、ナノ細孔の温度を直接に計測できる温度センサーを開発することに取り組んだ。特に、ナノ細孔の内表面にトーラス状の蒸気膜が形成された状態（膜沸騰状態）に注目し、金薄膜を用いたRTD (Resistance Temperature Detector）センサーによる温度の時間変動信号と、イオン電流と圧力の時間変動信号を組み合わせて、蒸気膜のダイナミクスと熱輸送現象を解明することを目標とした。
以下の二つの研究成果を挙げることができた。（１）計算によりナノ細孔の内表面にトーラス状の蒸気膜が形成された時の温度分布を予測した。さらに、計算結果をRTDセンサーの設計に応用した。（２）RTDセンサーの設計、製作を行い、金薄膜をSiNx膜上に形成する過程まで製作を進めた。
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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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