| 研究課題/領域番号 |
21K20405
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| 研究種目 |
研究活動スタート支援
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
0301:材料力学、生産工学、設計工学、流体工学、熱工学、機械力学、ロボティクス、航空宇宙工学、船舶海洋工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
手嶋 秀彰 九州大学, 工学研究院, 助教 (60906220)
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| 研究期間 (年度) |
2021-08-30 – 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 |
3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | 接触線ピニング / ナノ液滴 / 原子間力顕微鏡 / 凝縮 / 蒸発 / ナノ計測 / 固液界面 / AFM / 核沸騰 / MEMS / ナノバブル |
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| 研究開始時の研究の概要 |
沸騰伝熱は広い分野で応用されているが、加熱中の固液界面をミクロン以下のスケールで計測できる技術が存在しないために核沸騰開始など未解明な問題が依然として残る。本研究では、今まで不可能であった原子間力顕微鏡による加熱中の固液界面のナノスケール3次元計測を実現することで、核沸騰の最初期段階で何が起きているかを調査する。理想的に平滑な表面のみならず、ナノ・原子スケールで不均一な構造や濡れ性、および微小な気泡(ナノバブル)をもつ表面での相変化を調査することで、核沸騰現象の根本的解明を目指す。
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| 研究成果の概要 |
液相から気相への相変化冷却は極めて高い冷却効率を実現できる一方、その最初期段階は光学顕微鏡では分解能が足りずに観察できないため多くの謎が残る。
本研究では加熱中の固液界面を原子間力顕微鏡でナノスケール観察することで新たな知見の獲得を目指した。その結果、マクロスケールでは無視できていた算術平均粗さ0.2nm程度の表面粗さが、ナノスケールの流体においては接触線を強力に固定するピニング現象を引き起こすことを明らかにした。さらに並行して透過型電子顕微鏡や分子動力学法による研究を行い、ナノスケールの液滴や気泡に関する多くの知見を得た。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
沸騰現象の最初期に関連するナノバブルが安定して存在するには強力な接触線ピニングが必要である一方、なぜ平坦な面においてピニングが生じるのかこれまで明らかでなかった。その理由が原子レベルの表面粗さに起因することを明らかにした本研究成果は、発泡初期過程の解明に資する重要な知見である。
また本成果は沸騰現象やナノバブルだけでなく、将来のナノ流路設計やその内部での流動現象の理解においても基盤的知見となる。
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