分子間エネルギー輸送機構に基づいた固液界面熱抵抗の制御

• 研究課題/領域番号: 23360099
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 熱工学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 芝原 正彦 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40294045)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 18,720千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 4,320千円); 2014年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2013年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2012年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2011年度: 11,050千円 (直接経費: 8,500千円、間接経費: 2,550千円)
• キーワード: 界面熱抵抗 / 固液界面 / エネルギー輸送機構 / 非平衡分子動力学 / ナノ構造 / エネルギー伝達機構 / 分子動力学解析 / ナノ粒子

研究成果の概要

ナノメートルスケールの微細構造を用いて固液界面領域の液体分子の運動を直接的に制御することにより固液界面熱抵抗を低減する技術や微細構造による固液界面熱抵抗の変化を原理的に予測する方法を確立することを目的として，おもに非平衡分子動力学解析を用いた研究を実施し，ナノメートルスケールの微細構造によって界面熱抵抗が平滑面と比べて増加・減少する物理条件，界面熱抵抗の変化の範囲，界面領域エネルギー輸送メカニズム変化について明らかにした．

研究成果

• [雑誌論文] Local pressure components and interfacial tensions of a liquid film in the vicinity of a solid surface with a nanometer-scale slit pore obtained by the perturbative method (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Fujiwara and M. Shibahara
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 巻: 142 号: 9
  • DOI: 10.1063/1.4913495
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Molecular dynamics study on influences of surface structural characteristics on thermal energy transfer over liquid-solid interfaces (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Shibahara, R. Toda, S. Murakami and T. Ohara
  • 雑誌名: Proceedings of 15th Int. Heat Transfer Conferece 巻: 1 ページ: 1-14
  • DOI: 10.1615/ihtc15.mlt.008513
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Molecular Dynamics Study on the Influences of Nanostructure on the Thermal Energy Transport at a Liquid-Solid Interface (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Toda, Y. Ueki, M. Shibahara and T. Ohara
  • 雑誌名: Proceedings of The 25th International Symposium on Transport Phenomena 巻: 1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular Dynamics Study on Influence of Nanoparticle Layer on Liquid-Solid Interfacial Thermal Resistance (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Ueki, M. Shibahara and Y. Ishida
  • 雑誌名: Proceedings of The 25th International Symposium on Transport Phenomena 巻: 1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular Dynamics Study on Adhesion of Nanoparticle on Solid-Liquid Interface (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Kanda, M. Shibahara and Y. Ueki
  • 雑誌名: Proceedings of The 25th International Symposium on Transport Phenomena 巻: 1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Local pressure components and interfacial tension at a liquid-solid interface obtained by the perturbative method in the Lennard-Jones system (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Fujiwara and M. Shibahara
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 巻: 141 号: 3
  • DOI: 10.1063/1.4890036
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Molecular Dynamics Study on the Influences of Nanoparticle Adhesion on Interfacial Thermal Resistance and Energy Transport Mechanism at a Liquid-Solid Interface (2013)
  • 著者名/発表者名: Takuya Matsumoto, Satoshi Miyanaga, Masahiko Shibahara
  • 雑誌名: the Progress in Computational Fluid Dynamics, An International Journal 巻: 13-3/4 号: 3/4 ページ: 162-171
  • DOI: 10.1504/pcfd.2013.053657
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Molecular Dynamics Study on Wetting Phenomena at a Solid Surface with a Nanometer-Scale Slit Pore (2013)
  • 著者名/発表者名: Kunio Fujiwara, Masahiko Shibahara
  • 雑誌名: Nanoscale and Microscale Thermophysical Engineering 巻: 17-1 号: 1 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1080/15567265.2012.745636
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular Dynamics Study on the Influences of Nanostructure Geometry on the Energy Transport and Local Non-equilibrium Behavior at Liquid-Solid Interfaces (2012)
  • 著者名/発表者名: Sho Murakami, Masahiko Shibahara and Taku Ohara
  • 雑誌名: Proceedings of 23rd International Symposium on Transport Phenomena 巻: 1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular Dynamics Study on the Influence of Nanoparticle Adhesion on the Liquid-Solid Interfacial Thermal Resistance (2012)
  • 著者名/発表者名: Takuya Matsumoto, Masahiko Shibahara
  • 雑誌名: Proceedings of The 8th KSME-JSME Thermal and Fluids Engineering Conference 巻: (CD-ROM)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular Dynamics Study on the Influences of Nanostructure Geometry on the Energy Transport and the Local Non-equilibrium Behaviors at the Liquid-Solid Interface (2012)
  • 著者名/発表者名: Sho Murakami, Masahiko Shibahara, Taku Ohara
  • 雑誌名: Proceedings of The 8th KSME-JSME Thermal and Fluids Engineering Conference 巻: (CD-ROM)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of the Nanostructural Geometry at a Liquid-Solid Interface on the Interfacial Thermal Resistance and the Liquid Molecular Non-Equilibrium Behaviors (2011)
  • 著者名/発表者名: Masahiko Shibahara, Taku Ohara
  • 雑誌名: Journal of Thermal Science and Technology 巻: 6 号: 2 ページ: 247-255
  • DOI: 10.1299/jtst.6.247
  • NAID: 130001034900
  • ISSN: 1880-5566
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular Dynamics Study on the Influence of Nanostructure Geometry on the Liquid Molecular Local Non-equilibrium Behaviors at Liquid-Solid Interfaces (2011)
  • 著者名/発表者名: Masahiko Shibahara
  • 雑誌名: Proceedings of The Asian Symposium on Computational Heat Transfer and Fluid Flow 巻: (CD-ROM)
• [雑誌論文] A Molecular Dynamics Study on the Effects of Nanoparticle Layers on a Liquid-Solid Interfacial Thermal Resistance (2011)
  • 著者名/発表者名: Takuya Matsumoto, Satoshi Miyanaga, Masahiko Shibahara
  • 雑誌名: Proceedings of The Asian Symposium on Computational Heat Transfer and Fluid Flow 巻: (CD-ROM)
  • 査読あり
• [学会発表] 固体壁面と静的に接する液膜の状態に影響を与える因子に関する分子動力学解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐々木翔平，藤原邦夫，芝原正彦
  • 学会等名: 日本機械学会熱工学コンファレンス2014
  • 発表場所: 東京都
  • 年月日: 2014-11-08 – 2014-11-09
• [学会発表] 微細構造を有する固液界面に存在する液膜の熱力学的状態に関する分子動力学解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤原邦夫，芝原正彦
  • 学会等名: 日本流体力学会年会2014
  • 発表場所: 仙台市
  • 年月日: 2014-09-15 – 2014-09-17
• [学会発表] Molecular Dynamics Study on the Influence of a Nanoparticle Layer on Interfacial Thermal Resistance at a Liquid-Solid Interface (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Ueki and Masahiko Shibahara
  • 学会等名: The Seventh Taiwan-Japan Workshop on Mechanical and Aerospace Engineering
  • 発表場所: 台北市
  • 年月日: 2014-09-14
• [学会発表] 微細構造が固液界面エネルギー輸送機構に及ぼす影響に関する分子動力学的研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 戸田亮平，芝原正彦，小原拓
  • 学会等名: 第51回日本伝熱シンポジウム
  • 発表場所: 浜松市
  • 年月日: 2014-05-21 – 2014-05-23
• [学会発表] 微細構造を有する固液界面に存在する液膜の熱力学的状態に関する分子論的描像 (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤原邦夫，芝原正彦
  • 学会等名: 第51回日本伝熱シンポジウム
  • 発表場所: 浜松市
  • 年月日: 2014-05-21 – 2014-05-23
• [学会発表] Molecular Dynamics Study on the Influences of Nanoparticle Adherent Layer on Interfacial Thermal Resistance at a Liquid-Solid Interface (2013)
  • 著者名/発表者名: Masahiko Shibahara, Tatsuya Koike
  • 学会等名: the ASME 2013 11th International Conference on Nanochannels, Microchannels, and Minichannels ICNMM2013
  • 発表場所: 北海道大学（北海道）
• [学会発表] Effects of the Local State of Liquid Molecules on Wetting Phenomena at a Solid Surface with a Nanometer-Scale Slit Pore (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Nakahashi, Kunio Fujiwara, Masahiko Shibahara
  • 学会等名: the Asian Symposium on Computational Heat Transfer and Fluid Flow-2013
  • 発表場所: Hong Kong
• [学会発表] Molecular Dynamics Study on the Influences of Nanochannel Geometry on the Energy Transport Mechanism at Liquid-Solid Interfaces (2013)
  • 著者名/発表者名: Masahiko Shibahara, Sho Murakami, Taku Ohara
  • 学会等名: the 4th International Symposium on Micro and Nano Technology
  • 発表場所: Shanghai
• [学会発表] A Molecular Dynamics Study on Wetting Phenomena at a Solid Surface with a Nanometer-Scale Slit Pore (2013)
  • 著者名/発表者名: Kunio Fujiwara, Masahiko Shibahara
  • 学会等名: the 4th International Symposium on Micro and Nano Technology
  • 発表場所: Shanghai
• [学会発表] A Molecular Dynamics Simulation on the Mechanical Balance of the Force Applied to a Thin Liquid Film on a Nanometer-Scale Slit Pore (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Nakahashi, Kunio Fujiwara, Masahiko Shibahara
  • 学会等名: The 24th International Symposium on Transport Phenomena
  • 発表場所: 山口東京理科大学（山口県）
• [学会発表] ナノメートルスケールの微細構造が固液界面エネルギー輸送機構に及ぼす影響 (2013)
  • 著者名/発表者名: 芝原正彦，村上 翔，小原 拓
  • 学会等名: 第50回日本伝熱シンポジウム
  • 発表場所: ウェスティンホテル仙台（宮城県）
• [学会発表] 微細構造が固液界面での液体挙動と力の均衡に及ぼす影響に関する分子動力学的研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中橋和樹，藤原邦夫，芝原正彦
  • 学会等名: 日本機械学会熱工学コンファレンス2013
  • 発表場所: 弘前大学（青森県）
• [学会発表] 微細構造が固液界面エネルギー輸送機構に及ぼす影響に関する分子動力学的研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 戸田亮平，芝原正彦, 小原 拓
  • 学会等名: 第27回数値流体力学シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県）
• [学会発表] ナノ粒子層が固液界面熱抵抗に及ぼす影響に関する分子動力学解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 松本拓也, 芝原正彦
  • 学会等名: 第25回数値流体力学シンポジウム
  • 発表場所: 大阪大学(大阪府)
  • 年月日: 2011-12-21
• [学会発表] 微細構造によって誘起された局所非平衡性が固液界面エネルギー輸送に及ぼす影響 (2011)
  • 著者名/発表者名: 村上翔, 芝原正彦, 小原拓
  • 学会等名: 第25回数値流体力学シンポジウム
  • 発表場所: 大阪大学(大阪府)
  • 年月日: 2011-12-21
• [学会発表] Molecular Dynamics Study on the Influence of Nanostructure Geometry on the Liquid Molecular Local Non-equilibrium Behaviors at Liquid-Solid Interfaces (2011)
  • 著者名/発表者名: Masahiko Shibahara
  • 学会等名: The Asian Symposium on Computational Heat Transfer and Fluid Flow
  • 発表場所: 京都大学(京都府)(招待講演)
  • 年月日: 2011-09-22
• [学会発表] 微細構造によって誘起された局所非平衡性が固液界面エネルギー輸送に及ぼす影響 (2011)
  • 著者名/発表者名: 村上翔, 芝原正彦, 小原拓
  • 学会等名: 日本機械学会2011年度年次大会
  • 発表場所: 東京工業大学(東京都)
  • 年月日: 2011-09-14
• [学会発表] ナノ粒子層が固液界面熱抵抗に及ぼす影響に関する分子動力学解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 松本拓也, 芝原正彦
  • 学会等名: 日本機械学会第16回動力エネルギー技術シンポジウム
  • 発表場所: 関西大学(大阪府)
  • 年月日: 2011-06-23
• [学会発表] 微細構造によって誘起された局所非平衡性が固液界面エネルギー輸送に及ぼす影響 (2011)
  • 著者名/発表者名: 芝原正彦, 小原拓, 村上翔
  • 学会等名: 第48回日本伝熱シンポジウム
  • 発表場所: 岡山コンベンションセンター(岡山県)
  • 年月日: 2011-06-01
• [学会発表] Molecular Dynamics Study on the Influence of Nanostructure Geometry on the Liquid Molecular Local Non-equilibrium Behaviors at Liquid-Solid Interfaces
  • 著者名/発表者名: Sho Murakami, Masahiko Shibahara and Taku Ohara
  • 学会等名: 23rd International Symposium on Transport Phenomena
  • 発表場所: Auckland University(New Zealand)
• [学会発表] 微細構造によって誘起された局所非平衡性が固液界面エネルギー輸送に及ぼす影響
  • 著者名/発表者名: 村上翔，芝原正彦，小原 拓
  • 学会等名: 第49回日本伝熱シンポジウム
  • 発表場所: 富山国際会議場（富山県）
• [学会発表] 固液界面の熱抵抗とエネルギー輸送機構にナノ粒子付着が与える影響に関する分子動力学的研究
  • 著者名/発表者名: 芝原正彦，松本拓也
  • 学会等名: 第49回日本伝熱シンポジウム
  • 発表場所: 富山国際会議場（富山県）
• [学会発表] ナノメートルスケールの微細構造が固液界面の熱抵抗とエネルギー輸送機構に与える影響に関する分子動力学的研究
  • 著者名/発表者名: 芝原正彦，村上翔，松本拓也，小原拓
  • 学会等名: 日本機械学会2012年度年次大会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県）
• [学会発表] 界面微細構造が固液界面での液体分子挙動に及ぼす影響に関する分子動力学的研究
  • 著者名/発表者名: 神谷崇仁，藤原邦夫，芝原正彦
  • 学会等名: 日本機械学会熱工学コンファレンス2012
  • 発表場所: 熊本大学（熊本県）
• [学会発表] 微細構造が固液界面エネルギー輸送に及ぼす影響
  • 著者名/発表者名: 村上翔，芝原正彦，小原 拓
  • 学会等名: 第26回数値流体力学シンポジウム
  • 発表場所: 国立オリンピック記念青少年総合センター（東京都）
• [学会発表] 微細構造を有する固液界面における液体分子の安定性に関する分子動力学的研究
  • 著者名/発表者名: 藤原邦夫，芝原正彦
  • 学会等名: 第26回数値流体力学シンポジウム
  • 発表場所: 国立オリンピック記念青少年総合センター（東京都）