高秩序ナノ薄膜PSP/TSPの開発と高クヌッセン数流れへの適用

高度有序纳米薄膜PSP/TSP的开发及其在高努森数流中的应用

• 批准号: 17656065
• 负责人: 新美 智秀
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17656065/
• 关键词: マイクロ・ナノデバイス; 超薄膜; 流体工学; 感圧塗料; 高クヌッセン数流れ; Langmuir-Blodgett法; 表面プラズモン; メゾポルフィリン; 感圧塗料(PSP); 感温塗料(TSP); 希薄気体流; 高秩序ナノ薄膜; ラングミュア・プロジェクト膜; 分子シミュレーション; ナノ・マイクロ流体デバイス

本研究では,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領域において適用可能な感圧・感温塗料(PSP・TSP)を実現するため,単分子膜(LB膜)の生成技術を応用した高秩序ナノ薄膜PSPの開発を行った.PSPでは,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.従来のPSPではポルフィリンの金属錯体が発光分子として広く用いられてきたが,LB膜の成膜には両親媒性を持つ物質を用いる必要があるため,本研究では両親媒性を持つメゾポルフィリンの金属錯体を発光分子として採用し,さらに発光分子同士の濃度消光を防ぐためにアラキジン酸を添加してLB膜の成膜を行うことにより,高秩序ナノ薄膜PSPの開発に成功した.さらに,パラジウムや白金などメゾポルフィリンの中心金属により圧力感度が大きく変化することを示し,それぞれの発光分子に対して圧力計測に最適な圧力範囲条件を明らかにした.本研究で開発した高秩序ナノ薄膜PSPでは,膜中に含まれる発光分子の絶対数が非常に少ないため,発光強度の増加およびそれに伴う圧力感度の向上を目指すには,発光分子を効率よく励起する手法が要求される.発光分子の励起に,金属や半導体の微粒子周りに定在し光電場を増幅させる効果を持つ表面プラズモンを利用することで,高秩序ナノ薄膜PSPの励起効率を高めることが可能となる.そこで,PSPの吸収波長の光を増幅させることが可能な銀微粒子周りの表面プラズモンを利用して,高秩序ナノ薄膜PSPの発光強度を高める手法を開発した.その結果,表面プラズモンを利用しない場合に比べて発光強度を2倍程度に増幅させることに成功した.一方,発光強度の比で表される圧力感度は表面プラズモンを利用しない場合と同程度であり,発光強度の増加が圧力感度の向上には直接っながらなかったが,圧力計測におけるSN比の向上を実現できた.

This study で は, low density areas や マ イ ク ロ · ナ ノ デ バ イ ス に れ の flow field in representative さ れ る high ク ヌ ッ セ ン number field に お い て may apply な feeling 圧, thermal coating (PSP/TSP) - を be presently す る た め, 単 molecular membrane (LB films) の generated を 応 with し た high order ナ ノ film open PSP の 発 を line っ た. PSP で は, light Excitation: た luminescent molecule, <s:1> acid molecule, による extinction, を determination by <s:1> て acid pressure を, する. 従 to の PSP で は ポ ル フ ィ リ ン の metal misprinted が 発 light molecular と し て hiroo く with い ら れ て き た が, LB film の film-forming に は struck close pollination を を つ material with い る necessary が あ る た め, this study で は struck close media sex を holds つ メ ゾ ポ ル フ ィ リ ン の metal misprinted を 発 light molecular と し て USES し, さ ら に 発 light molecules with extinction を "の concentration ぐ た め に ア ラ キ ジ ン acid を add し て LB film の film-forming を line う こ と に よ り, high order ナ ノ film open PSP の 発 に successful し た. さ ら に, パ ラ ジ ウ ム や platinum な ど メ ゾ ポ ル フ ィ リ ン の center metal に よ り pressure sensitivity が big き く variations change す る こ と を し, そ れ ぞ れ の 発 light molecular に し seaborne て pressure measuring に optimum な pressure The 囲 condition を states ら に に た. This research で open 発 し た high order ナ ノ film PSP で は, に in membrane contains ま れ る 発 light molecular の off several polices が very less に な い た め, 発 light intensity の raised plus お よ び そ れ に with う の を upward pressure sensitivity refers す に は, 発 light molecular を sharper rate よ く wound up す る gimmick が requirements さ れ る. に 発 の excitation light molecules, metal や semiconductor の particles weeks り に を raised in し photoelectric field amplitude さ せ る unseen fruit を hold つ surface プ ラ ズ モ ン を using す る こ と で, high order ナ ノ film PSP の wound up working rate high を め る こ と が may と な る. そ こ で, PSP の 収 absorption wavelength の を rights of さ せ る こ と が may な silver particles weeks り の surface プ ラ ズ モ ン を using し て, high order ナ ノ film PSP の 発 high light intensity を め る gimmick を open 発 し た. そ の as a result, the surface プ ラ ズ モ ン を using し な に い occasion than べ て 発 light intensity を 2 times the degree of に raised さ せ る こ と に successful し た. Side, 発 light intensity の than で さ れ る pressure sensitivity は surface プ ラ ズ モ ン を using し な と い occasions with degree で あ り, 発 light intensity の raised plus が の upward pressure sensitivity に は directly っ な が ら な か っ た が, pressure measuring に お け る SN ratio の を up be now で き た.

项目成果

Development of Pressure Sensitive Molecular Film as a Measurement Technique for Micro-and Nano-devices

• DOI: 10.1109/mhs.2006.320288
• 发表时间: 2006-12
• 期刊: 2006 IEEE International Symposium on MicroNanoMechanical and Human Science
• 作者: H. Mori;Y. Matsuda;T. Niimi;H. Uenishi;Y. Sakazaki

Pressure sensitive paint suitable to high Knudsen number regime

• DOI: 10.1088/0957-0233/17/6/s02
• 发表时间: 2006-06
• 期刊: Measurement Science and Technology
• 影响因子: 2.4
• 作者: H. Mori;T. Niimi;M. Hirako;H. Uenishi

Optical Diagnostics of High Knudsen Number Flows

高努森数流的光学诊断

• 发表时间: 2005
• 期刊: The 6th World Conf. on Experimental Heat Transfer, Fluid Mechanics & Thermodynamics (CD-R)
• 作者: Nakagawa;Osaki;Kaneuchi;Fushinobu;Okazaki;L.Guerin;T.Niimi
• 通讯作者: T.Niimi

Visualization of flow fields around clustered linear-type aerospike nozzles with sidewalls

带侧壁的线性型气动塞式喷嘴周围流场的可视化

• 发表时间: 2005
• 期刊: 5^<th> Pacific Symposium on Flow Visualization and Image Processing (PSFVIP-5)
• 作者: H.Mori;M.Taniguchi;R.Nishihira;T.Niimi
• 通讯作者: T.Niimi

Application of Pressure Sensitive Luminophores for Micro- and Nano-systems

压敏发光体在微纳米系统中的应用

• 发表时间: 2005
• 期刊: IEEE International Symposium on Micromechanics and Human Science (MHS2005)
• 作者: Y.Matsuda;H.Mori;T.Niimi;H.Uenishi;M.Hirako
• 通讯作者: M.Hirako