ソフトマテリアルの局所的な熱物性計測のためのプローブ型ミクロ交流法の開発

本研究では、ソフトマテリアルの局所領域の熱拡散率計測の新たな手法として、温度波熱分析法の原理に基づいた、プローブ型の計測システムの開発を進めている。ソフトマテリアルは、ミクロ、ナノスケールに多様な高次構造を有し、この構造が異方性を含めた多様な熱物性をバルクで発現するため、これらの直接測定に基づく構造と物性の相関解明が、高次構造制御に立脚した熱制御においては重要な知見となる。プローブ型のセンサーを用いた微細領域の熱物性計測システムの構築においては、(1)温度波熱分析法の方法論に基づく適切な計測システムの設計と、(2)これらを実現する微細デバイスの制作が2つの大きな研究要素となる。特にデバイスの開発においては、その設計段階から温度波熱分析法の原理に基づいたデザインを考慮することが重要で、本研究においてもこれら2つの研究開発要素を並行して進めている。計測システムの設計、及び微小領域での温度波に対する周期的な温度応答の解析においては、積分変換による熱拡散方程式の解析を用いて、特に位相遅れについて正確な解析解を求めることを試みた。また実際のシステムを記述するモデルとして、データ解析に利用できるよりシンプルなモデルについても同時に考案した。これにより実際の実験において考慮が必要になる、サンプル-プローブ間の接触熱抵抗、プローブの熱容量などを最適化パラメーターとして容易にモデルに追加することが可能になった。デバイス作製については、これまでのマスクアライナーによるリソグラフを用いた微細加工に加えて、マスクレスリソグラフィーやレーザー直接描画などの新たなプロセスを導入した。マスクレスのプロセスを導入したことにより、これまでより自由度の高いデバイスデザイン、自在性の高いデバイス製造プロセスへと改良することができた。

本研究では、ソフトマテリアルの局所領域の熱拡散率計測の新たな手法として、温度波熱分析法の原理に基づいた、プローブ型の計測システムの開発を進めている。ソフトマテリアルは、ミクロ、ナノスケールに多様な高次構造を有し、この構造が異方性を含めた多様な熱物性をバルクで発現するため、これらの直接測定に基づく構造と物性の相関解明が、高次構造制御に立脚した熱制御においては重要な知見となる。プローブ型のセンサーを用いた微細領域の熱物性計測システムの構築においては、(1)温度波熱分析法の方法論に基づく適切な計測システムの設計と、(2)これらを実現する微細デバイスの制作が2つの大きな研究要素となる。特にデバイスの開発においては、その設計段階から温度波熱分析法の原理に基づいたデザインを考慮することが重要で、本研究においてもこれら2つの研究開発要素を並行して進めている。計測システムの設計、及び微小領域での温度波に対する周期的な温度応答の解析においては、積分変換による熱拡散方程式の解析を用いて、特に位相遅れについて正確な解析解を求めることを試みた。また実際のシステムを記述するモデルとして、データ解析に利用できるよりシンプルなモデルについても同時に考案した。これにより実際の実験において考慮が必要になる、サンプル-プローブ間の接触熱抵抗、プローブの熱容量などを最適化パラメーターとして容易にモデルに追加することが可能になった。デバイス作製については、これまでのマスクアライナーによるリソグラフを用いた微細加工に加えて、マスクレスリソグラフィーやレーザー直接描画などの新たなプロセスを導入した。マスクレスのプロセスを導入したことにより、これまでより自由度の高いデバイスデザイン、自在性の高いデバイス製造プロセスへと改良することができた。