高速レーザ加熱における薄膜中の非フーリエ温度伝ぱのin-situ測定

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09650233
• 研究機関: 静岡大学
• 研究代表者: 荒木 信幸 静岡大学, 工学部, 教授 (90005314)
• 研究分担者: 杉山 優 浜松ホトニクス, 中央研究所, 室長 ; 唐 大偉 静岡大学, 大学院・電子科学研究科, 助手 (40262795)
• キーワード: 熱伝導 / 非フーリエ問題 / 熱緩和時間 / レーザ高速加熱 / 高速温度応答 / 薄膜

研究概要

本研究は、高速レーザにより薄膜の表面を加熱し、その裏面の温度応答を高速度で測定し、非フーリエ現象を観察することおよび熱拡散率を測定することを目的としている。
そのために先ず、レーザの加熱速度、温度応答センサーおよびアンプ等の応答速度、データの記録速度が現象の観察および熱拡散率の測定にどのように関連し、影響しあうかについて既存の装置を用いて実験を行った。ステンレス鋼板について8-90μm間の12種類について熱拡散率を測定した結果、厚さ40μm以上においては文献値と一致し、10μm以下については、厚さが薄くなるほど小さな値となった。この原因は測定系の時定数によるものであるとして補正をしたところ、文献値と一致する結果が得られた。これらの研究成果について、アジア熱物性会議等の学会で発表した。
しかし、非フーリエ現象を観察するには、センサー等の応答速度が不足していることがわかったので、金属の反射率の温度依存性を利用して高速化をはかること、物質の温度応答緩和時間は低温領域で大きくなると予測されることから、試料系を10K程度の極低温状態にすることとした。これらの測定装置の設計を行い、製作をしている。極低温装置は5.6Kまで達成した。しかし、温度応答の計測性能は目的の状態に達していない。

研究成果

• [文献書誌] 唐大偉, 荒木信幸: "普遍的熱伝導方程式による有限媒質中の高速温度応答" 第35回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 259-260 (1998)
• [文献書誌] 鈴木雅登、荒木信幸、唐大偉、牧野敦: "レーザフラッシュ法による薄膜の熱拡散率測定" 第35回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 289-290 (1998)
• [文献書誌] D.W.Tang, N.Araki: "An Inverse Analysis to Estimate Relaxation Parameters and Thecmal Diffusivity with a Universal Heat Conduction Equation." Proc.5th Asian Thermophysical Properties Conf.131-134 (1998)
• [文献書誌] N.Araki, D.W.Tang, M.Suzuki, A.Makino: "Effect of Response Delay of Measuring System on Thermal Diffusivity Measurement Using the Flash Method" Proc.5th Asian Thermophysical Properties Conf.375-378 (1998)
• [文献書誌] 唐大偉、荒木信幸: "レーザフラッシュ法による薄膜の熱拡散率測定(第2報 有限加熱幅と吸収深さを持つ場合)" 第19回日本熱物性シンポジウム講演論文集. 255-258 (1998)
• [文献書誌] D.W.Tang, N.Araki: "Wavy,wavelike,diffusive thermal responses of finite rigid slabs to high-speed heating of laser-pulses" International Journal of Heat and Mass Transfer. 42. 855-860 (1999)