| 研究課題/領域番号 |
20H02089
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
高橋 厚史 九州大学, 工学研究院, 教授 (10243924)
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| 研究分担者 |
李 秦宜 九州大学, 工学研究院, 助教 (60792041)
生田 竜也 九州大学, 工学研究院, 技術専門職員 (70532331)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | ナノマイクロ熱工学 / 固液界面 / 原子間力顕微鏡 / 透過電子顕微鏡 / ナノバブル |
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| 研究実績の概要 |
固液界面での水の安定構造と固気液三相界線の動特性を固体面から数ナノメートルオーダーの領域において解明する。特に、理論的研究で解決できていない吸着気体分子や不純物および固体表面の不完全性の影響について、原子間力顕微鏡(AFM)と透過電子顕微鏡(TEM)を併用して実験的に探求する。最終的には応用製品へと繋がるような体系的知見を得ることを目指している。今年度は、AFM計測の振幅変調(AM)方式と周波数変調(FM)方式についてそれぞれを高配向性グラファイト(HOPG)と水の界面に存在する各種気相の計測に適用した。気相には半球状の界面ナノバブル、界面ナノバブルよりも薄くて扁平なマイクロパンケーキ、マイクロパンケーキより薄い非整列層、固体表面に吸着して動かない整列層の4種類が存在し、界面ナノバブル以外の計測にはFM方式が適していること、それらの中で最も厚いマイクロパンケーキのピニングがその下の非整列層に大きく影響されることを明らかにした。FM方式では界面ナノバブルのような高さのある気相に対しては探針が外乱として働く傾向にあることも分かった。TEM観察では、水の放射線分解により発生する水素ナノバブルの動的挙動を詳しく調べた。具体的には、窒化膜に挟まれた厚さ200nm程度の空間の場合と２枚のグラフェンに挟まれた厚さ10nm程度の空間の場合とでそれぞれ実験を行った。観察結果からは固体表面の不純物や過飽和度の影響を考慮して現象を理解する必要があることがわかった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
AFMとTEMによる実験で固液界面の物理機構に関する新しい結果がいくつか得られているから。
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| 今後の研究の推進方策 |
固液界面の温度変化の影響についてより詳細に実験する必要があると考えているが、加熱に起因する自然対流はナノメートルオーダーの精密な計測を不可能にしてしまう。そこで、対流を抑えるAFM計測方法を新たに開発したり、温度制御型のTEMホルダーを導入して研究を進める予定である。
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