| 研究概要 |
低密度領域やマイクロ・ナノデバイス中の流れ場に代表される高クヌッセン数流れの解析では,流体を原子・分子の流れとして取り扱う必要がある。本研究では,分子センサーによる計測や分子運動に基づく理論解析により,高クヌッセン数流れの解析を行った.
光励起した発光分子の酸素分子による消光を利用して酸素圧力を測定する感圧塗料(PSP)をマイクロ・ナノデバイスへ適用するため,ナノ分子膜(LB膜)の形成手法をPSPに応用した感圧分子膜を開発した.特に,多くのマイクロ・ナノデバイスが利用される環境と想定される大気圧近傍で大きな感度を持つ色素分子を選定した.そして,マイクロ流路及びマイクロノズルに適用し,十分な分解能を有する圧力分布の計測に成功した.圧力分布はDSMC法に基づく数値解析結果とも非常によく一致した.
ただし,PSPを高クヌッセン数流れに適用する際には発光強度は気体の圧力と一致しない可能性があることが示唆されていた.そのため,PSPの発光強度に関して気体分子運動論及び数値解析より入射分子数流束と圧力の関係を解析した結果,実用上PSPは気体分子が表面に与える力積に基づく圧力を示していることを明らかにした.
さらに,気体分子と固体表面との相互作用の調査に広く利用される面・分子干渉でプローブとなる分子線の内部状態を明らかにするため,REMPI法による計測を行った.REMPI法は気体分子の光共鳴励起を応用した分光学的手法であり,回転エネルギーの計測が可能である.その結果,窒素分子線のREMPIスペクトルの取得に成功し,回転温度と並進温度の非平衡現象を示した.さらに,回転エネルギー準位間においても非平衡の可能性が示唆された.
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