液体流動と電子材料界面における動電現象解明と新規電子デバイス創成

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本年度は当初の実施計画にある2-1電気シグナル計測とキャリア同定、2-2ラマン測定、2-3流体解析、および2-4統計解析を行った。前年度に確立した微細加工プロセスを用いて作製した流路とグラフェンアッセンブリ法を用いた計測システムを基本構成とし、流速や流路サイズを変化させ流動状態を制御した条件下において起電力測定を行った。その結果、流動状態と起電力には明確な相関があり、発生電圧の分散は層流条件下では見られないことが明らかになった。また発生電圧と電力は、流路内において乱流から層流に遷移する領域が存在することではじめて計測されることが明らかになった。一方、現在は20ミリ秒の時間分解能で計測しているが、流動状態を追従するためには1桁の時間分解能向上が必要であることが判明したため、シグナル-ノイズ比改善を目的に計測システム全体のノイズマネージメントをさらに強化することを新たな検討項目に追加する。また、ラマン計測を実施し、流動状態に応じたグラフェンの電子状態と水の状態解析を行った。計測システムに問題はないが計測条件の最適化に課題が残った。流体解析は当初予定していたポリスチレンビーズによる粒子解析系の構築に加え、数値シミュレーションによる流動の可視化を行った。層流モデルを用いた数値シミュレーションによって流路内上流側において流動状態は乱れ、徐々に層流に遷移する過程が観察された。この遷移過程は起電力シグナルの安定性と出力に対して相関があり、流動状態に起因する電気シグナルの起源解明につながると期待できる。同一サイズの流路を用いた場合においても流入口形状によって流動遷移を制御できることがわかり、発電デバイスとして高出力化に期待ができる。また、最終年度の実施項目である代替材料の探索についても着手し、光学的、および固液界面の評価を行った。以上のように、当初の目的を概ね達成できたと考える。