研究課題
界面拡散モデルに基づく格子ボルツマン法を用い、サブミクロン凹凸表面上の微小液滴挙動解析を行った。外力の計算手法を修正することで、Smoothed Profile Methodによって設定された固体壁内への液体の漏れを除去した。更に、新たなプロファイル関数を導入することにより、曲面を有する構造体に対する濡れ性を、高速に解析できる計算モデルの構築に成功した。濡れ性は、オーダーパラメータに関する勾配と、化学ポテンシャルに対する勾配とを制御することで、適切に設定されている。本計算手法の有効性を検討するため、集束イオンビーム加工観察装置を用いて、シリコン上にサブマイクロスケールの凹凸面を作製し、超撥水現象の再現を試みた。一辺の大きさが0.5μmの矩形の凸部をピッチ0.32μmでシリコンウェハー上に作成し、噴霧器で落下させた液滴の様子を高速度カメラで観察した。矩形形状では撥水現象を観察出来なかったが、一辺の大きさが0.66μmの十字型の凸形状の凹凸面を作成したところ、超撥水現象が再現された。ピッチ長に基づく表面の粗さだけでなく、凸面の表面形状が、接触角に対し、重要な要素であることが明らかにされた。最終年に、三次元平面ならびに三次元球面に対する液滴の濡れ性が、本計算手法により適切に再現されることを実証でき、また、GPGPUによる格子ボルツマン法の高速化に成功した。数値計算において、微細凹凸面の計算モデルを作成し、液滴挙動を解析したが、Smoothed Profile Methodでは、固液界面幅が存在するため、凹凸面による液滴挙動への影響を再現できるだけの計算精度が得られなかった。固液界面幅が存在しないInterpolated Bounce-Back Schemeを用い、濡れ性の検討も行ったが、問題は解決されず、複雑境界形状に対する濡れ性の計算手法については今後の課題として残された。
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World Neurosurgery
巻: 122 ページ: e1439-e1448
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http://www3.u-toyama.ac.jp/seta/
