| 研究課題/領域番号 |
20H02081
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分19020:熱工学関連
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
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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| 研究分担者 |
徐 偉倫 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (50771549)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)
2022年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2020年度: 9,490千円 (直接経費: 7,300千円、間接経費: 2,190千円)
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| キーワード | 沸騰 / 気泡 / 核生成 / 相変化 / ナノ流体力学 / ナノバブル / ナノ細孔 / 気泡核生成 / マイクロ冷却デバイス / オストワルド熟成 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、ナノ細孔を加熱することによりナノ気泡を発生させる系を用いて、単一気泡の均一核生成、不均一核生成など気泡核生成条件の評価、および単一気泡から、気泡クラスター、ミクロ・マクロスケールの沸騰現象へ至る気泡成長過程の解明を目的とする。具体的には、ナノ細孔内部の気泡核生成の解析と制御、および気泡核からナノ・マイクロ気泡への成長過程の解析と制御という2つの研究課題に取り組む。不凝縮ガスを含まないナノ気泡は、ナノスケールの沸騰現象の制御技術、ひいては次世代半導体チップの冷却技術に繋がる。一方、不凝縮ガスを含むナノ気泡は、長時間安定であるため、物質の混合や化学反応を促進させることに応用できる。
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| 研究成果の概要 |
電子チップ冷却，スプレー冷却などの高熱流束の用途で，相変化熱伝達の長所を十分に活用するためには，ナノメートルの長さスケール，かつナノ秒の時間スケールで蒸気気泡のダイナミクスと沸騰現象を理解することが必要である．本研究では，固体ナノ細孔を用いた沸騰の実験系を構築し，電気化学計測，音響計測，数値シミュレーションを用いて，ナノスケールの沸騰現象を単一蒸気気泡のダイナミクスから捉えることに成功した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究では，加熱を集中させて気泡核を一つだけ作ることと，核生成後のナノ気泡のダイナミクスをナノ秒スケールで実験的に捉えることの二つの課題を克服し，ナノ細孔内の単一蒸気ナノ気泡のダイナミクスを実験的捉えることに成功した．また，同じ系を数値シミュレーションで再現した．単一蒸気気泡のダイナミクスと系全体の加熱量を同時に捉えることは，沸騰現象の理解を深めるだけでなく，新しい冷却技術の開発にも繋がる．
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