| 研究課題/領域番号 |
20H02088
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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 | 九州大学 |
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研究代表者 |
高田 保之 九州大学, カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所, 特命教授 (70171444)
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| 研究分担者 |
津田 伸一 九州大学, 工学研究院, 准教授 (00466244)
高橋 厚史 九州大学, 工学研究院, 教授 (10243924)
Shen Biao 筑波大学, システム情報系, 助教 (80730811)
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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 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)
2022年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2021年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
2020年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円)
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| キーワード | 沸騰開始点 / 濡れ性 / 表面構造 / 分子動力学 / アルマイト処理 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
沸騰開始点に関する知見は非常に乏しく，電子機器の冷却等では沸騰の初動時の安定性が重要である．本研究では，伝熱面の濡れ性と微細構造を緻密に制御することで沸騰開始過熱度(ONB)の大幅な低減化を目指す．水以外の作動流体への拡張を図るため，濡れ性を制御する化学物質と発泡に適した微細構造を分子動力学(MD)計算により予見するとともに，TEM/AFM等の微視的観察手法と沸騰試験を組み合わせることで沸騰開始点決定の全体像を初めて明らかにする．最終的には，種々の流体に適用可能な高性能沸騰伝熱面を設計するための階層型表面科学的方法論を確立する．
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| 研究成果の概要 |
沸騰開始過熱度(ONB)低減を目的に，アルミニウム表面にアルマイト処理を施して，表面に10～20nmサイズの開孔を有するリエントラントキャビティ構造を作製することに成功した．この伝熱面をエタノールやHFE7100に適用することで沸騰開始過熱度の大幅な低減および核沸騰領域での伝熱促進を達成することができた．また， AFMによる気液界面の挙動観察および分子動力学シミュレーションを実施し，沸騰開始のメカニズムを理解する上で重要な知見を得ることができた．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
沸騰開始過熱度(ONB)の低減下は，電子機器の冷却に非常に重要である．水を冷却材に用いる場合は濡れ性の制御により可能であったが，水以以外の流体にこの手法を用いることはできなかった．本研究では，アルミニウム表面に微細なリエントラントキャビティ構造を設けることでONBの低減下に成功した．濡れの制御ではなく表面微細構造の制御により達成できたことと水以外の流体への展開が可能となったことは実用上非常に重要である．
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