2019 Fiscal Year Annual Research Report
Generation and control of singularities in viscous flow by photothermal conversion at liquid/nanostructured solid surfaces
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17H01050
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
鈴木 基史 京都大学, 工学研究科, 教授 (00346040)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉村 博之 京都大学, 工学研究科, 教授 (10293656)
名村 今日子 京都大学, 工学研究科, 助教 (20756803)
巽 和也 京都大学, 工学研究科, 准教授 (90372854)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 流れの特異点 / マランゴニ力 / 光熱変換 / ナノ形態制御薄膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究計画では平成２９年度～令和元年度の３年間で 1) 擬似ストークス源のキャラクタリゼーション・モデリングと制御技術の確立，2) ナノ形態・表面状態を制御した表面における流れの計測・評価，3) 光熱変換部のパターニングによる面内温度分布の形成と流れへの影響調査，4) 複合擬似特異点の配置による流れの制御の４つの課題に取り組む計画であり、令和元年度については1), 3), 4)について検討を進めた。その結果以下の３つの成果を得た。
[1] 前年度までに空間光変調器(SLM)を用いて３点の熱源を配置することで、流れの方向制御に成功したことを発展させるため、ナノ球リソグラフィーによって発熱源の形状を制御することで流れの方向が制御可能であることを実証した。この方法を用いれば、低コストでμmサイズの発熱源をμm間隔で配置することが可能になり、流れの特異点を任意に配置した任意の流れ制御が可能になる。マイクロ流路の新しい動力源や電子デバイスの冷却効率の大幅な向上が期待できる。
[2] サーモクロミズムを示すVO2薄膜にW(タングステン)を添加して半導体-金属相転移の温度を室温以下-68℃の間で制御し、これを光熱変換に用いることで、マイクロバブル周辺の温度分布と流れの関係を解明した。特に、サイズが10 μm程度でかつ振動するバブルは、大きなバブルに比べ，バブル周辺の昇温が抑制されていることが分かった。熱伝導方程式から得られる解析解との比較の結果，与えられた6.5 mWの熱量のうち，4 mWもの熱を水中に伝えていることが分かった。すなわち、小さな振動するバブルは特に、壁面からの効率的な熱伝達を実現しているため、小型の熱交換器への応用へ繋がる可能性がある。
[3] 伝熱と流体の数値計算によって、マイクロバブル周辺の流れを再現することに成功した。
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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