| 研究課題/領域番号 |
21H01261
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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 | 京都大学 |
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研究代表者 |
土屋 智由 京都大学, 工学研究科, 教授 (60378792)
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| 研究分担者 |
三宅 修吾 神戸市立工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (60743953)
廣谷 潤 京都大学, 工学研究科, 准教授 (80775924)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 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 |
17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2023年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2022年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2021年度: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円)
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| キーワード | ナノギャップ / 熱放射 / カシミール力 / MEMS / 単結晶シリコン / 顕微ラマン分光 / サーモリフレクタンス法 / へき開 / シリコン / サーモリフレクタンス / 熱輸送 / 伝熱 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究ではMEMSデバイスを用い、ナノスケールの空間において伝熱が放射から熱伝導に遷移する領域を実験的に測定します。単結晶シリコンの(111)面を真空中でへき開破壊することで、数μm角の平行平滑なナノギャップを創製し、これを数nm以下の分解能で間隔を制御しようというものです。その伝熱測定には精密な局所温度測定が必要であり、顕微ラマン分光、サーモリフレクタンス、機械振動特性変化の3手法を検討し、0.1K以下の分解能を実現します。これらにより固体接触面における伝熱現象という基本的でありながらいまだに明らかでない現象を解明し、様々な機械・構造における熱エネルギーの効率的な利用に応用します。
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| 研究成果の概要 |
本研究ではMEMSデバイスを用い、ナノスケールの空間において伝熱が放射から熱伝導に遷移する領域の実験的測定に取り組みました。このデバイスは面方位(110)のSOIウエハのデバイス層（厚さ5μm）に構造を作製し、外部アクチュエータによる荷重印加により単結晶シリコンの(111)面で構成する数μm角の平行平滑なナノギャップを創製しました。静電アクチュエータと変位センサで数nm以下の分解能でギャップ間隔を制御することで、カシミール力によるプルインを観察、また、ギャップ間の温度差を顕微ラマン分光やサーモリフレクタンス法を用いて最高0.1Kの温度分解能で計測することに成功しました。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究で実現した数μｍ角の面積を有するギャップにおいて間隔10nm以下で発生するカシミール力によるプルインを観察できるほどに平滑なナノギャップを作製した例はなく、学術的意義は高い。熱輸送や電界電子放出などのナノ空間における物理現象の計測に応用することが期待され、今後の展開が期待される。
また、これらの技術を用いて、創製したナノギャップの伝熱測定に顕微ラマン分光、サーモリフレクタンスによる精密な局所温度測定を行い、固体接触面における伝熱現象という基本的でありながらいまだに明らかでない現象の解明が期待され、さらには様々な機械・構造における熱エネルギーの効率的な利用への応用展開も望まれる。
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