| 研究概要 |
低密度領域やマイクロ・ナノデバイス中の流れ場に代表される高クヌッセン数流れの解析では,流体を原子・分子の流れとして取り扱う必要がある.本研究では,分子センサーによる計測や分子運動に基づく理論解析により,高クヌッセン数流れの解析を行った.
光励起した発光分子の酸素分子による消光を利用して酸素圧力を測定する感圧塗料(PSP)を用いて,リニア型エアロスパイクノズル表面の圧力解析を実施し,側壁の有効性及び形状の最適化を実験的に解析した.さらに,マイクロ・ナノデバイスへ適用するため,ナノ分子膜(LB膜)の形成手法をPSPに応用した感圧分子膜を開発し,様々な色素分子に対する特性調査を行った.そして,大気圧近傍で大きな感度を持つ感圧分子膜をマイクロ流路及びマイクロノズルに適用し,十分な分解能を有する圧力分布の計測に成功した.圧力分布はDSMC法による数値解析結果ともよく一致した.
ただ,PSPの測定原理からすると直接的には圧力ではなく酸素分子数流束を測定していると考えられる.そこで,気体分子運動論及び数値計算より解析を行い,高クヌッセン数流れでは,発光強度が気体圧力を示していな可能性があることを示した.また,実用上は気体分子が表面に与える力積に基づく圧力を示していることを明らかにした.
さらに,気体分子と固体表面との相互作用の調査に利用される面・分子干渉においてプローブとなる分子線の内部状態を明らかにするため,共鳴多光子イオン化(REMPI)法による計測を行った.REMPI法は気体分子の光共鳴励起を応用した分光学的手法であり,従来の質量分析器を使用した気体分子の数密度,速度分布の計測に加え,回転エネルギーの計測が可能である.その結果,窒素分子線のREMPIスペクトルの取得に成功し,回転温度と並進温度の非平衡現象を示した.さらに,回転エネルギー準位間における非平衡の可能性も示唆された.
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