| 研究課題/領域番号 |
20H02089
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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 |
高橋 厚史 九州大学, 工学研究院, 教授 (10243924)
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| 研究分担者 |
李 秦宜 九州大学, 工学研究院, 准教授 (60792041)
生田 竜也 九州大学, 工学研究院, 技術専門職員 (70532331)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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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 |
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2023年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2022年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2021年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2020年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
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| キーワード | ナノマイクロ熱工学 / TEM / AFM / ナノバブル / グラフェン / 固液界面 / 原子間力顕微鏡 / 透過電子顕微鏡 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
固液界面での水の安定構造と固気液三相界線の動特性を、固体面から数ナノメートルオーダーの領域において解明する。特に、理論的研究で解決できていない空気分子や不純物および固体表面の不完全性の影響について実験的に調べる。それによって応用製品へと繋がる知見を得ることを目指している。ただし、水をナノスケールで観察することは非常に困難であって万能な手法は存在しない。そこで、原子間力顕微鏡(AFM)と透過電子顕微鏡(TEM)の両方の結果を比較できる系としてグラフェンを活用した実験手法を開発するとともに、それ以外のグラフェンの応用についても研究する。
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| 研究実績の概要 |
固液界面での水の安定構造と固気液三相界線の動特性を固体面から数ナノメートルオーダーの領域において解明している。固液界面ナノバブルの安定性及び挙動に関しては、これまでの溶存空気由来の空気気泡以外に水の電気分解由来の水素気泡について、HOPG上での形状および内圧の計測をAFMを用いて行った。その結果、電気分解水素のナノバブルは溶存空気由来とは大きく異なる挙動を示した。この結果の解釈は現在も引き続き検討中であるが、溶存空気由来のナノバブルの内部は空気とは異なる状態である可能性が強まったと言える。
水の三相界線のナノスケールでの動的機構をTEMで観察することを可能とする新規液体セルとして、厚さ数10nmの膜に微細な貫通孔を設けて、その膜を液体を含めてグラフェンで挟んだセルを開発した。膜の材料としてはアルミナとシリコンを試したところ、グラフェンとの接着性の点でシリコンが適していることがわかった。今後はこのデバイスを用いてのTEM内での加熱・蒸発実験に進みたいと考えている。一方で、カップスタック型カーボンナノチューブ（CSCNT）を用いて内部の水の加熱実験には成功しており、600度Cを越えて初めて変化が現れることがわかったが、それがCSCNTの厚いカーボン層に由来するのか、液相自体のサイズがナノスケールであるためなのか、更なる研究が必要である。
三相界線の動的挙動の理解には、グラフェンのような理想的平坦面を用いた実験と平行して、実際の粗さのある面での物理機構を把握することも欠かせない。そこで、HOPG表面とシリコン表面での水のすべり長さをAFMで正確に計測する手法を新たに開発した。それを用いて、ナノチャンネルを用いて得られたすべり長さとほぼ一致する値を得ることができた。加えて、固体表面に親水性のナノ材料を被覆した場合の接触角について実験を行って工業的に有用な物理的解釈を得ることもできた。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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