界面ナノスケール構造がエネルギ伝達および潤滑へ及ぼす影響の解明

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本研究では,界面のサブナノメートルからサブマイクロメートルの構造が,液体-固体界面におけるエネルギー伝達に及ぼす影響を解析的に予測すること,ならびに,実際に界面に付着させる粒子の特性スケールを変化させた場合のエネルギー伝達特性の変化を実験的に検証することを研究の第一目的とした.次に,界面のサブナノメートルからサブマイクロメートルの構造が,界面での潤滑特性に及ぼす影響を解析的に予測して,界面に付着する粒子の特性スケールが界面潤滑特性へ及ぼす影響を検討することを第二の目的とした.そのために,界面に存在するサブナノメートルからサブマイクロメートルの構造が,界面と流体間のエネルギー伝達特性および潤滑特性に及ぼす影響に関して,分子動力学シミュレーションを用いて解析を行った.界面の構造スケールをサブナノメートルからサブマイクロメートルまで変化させた場合に,液体-固体界面におけるエネルギー伝達解析を行った結果,界面に付着する構造の間隔がエネルギー伝達に対して支配的である結果が得られた.その原因について解析的に調べた結果,界面近傍での流体分子の拡散挙動が界面構造物間隔によって変化するという知見が得られた.界面エネルギー伝達に関する実験的研究に関しては,既報のとおり,界面にナノ・ミクロ多孔質構造を付着した界面を使用した方が通常の伝熱面を用いた実験よりもエネルギー伝達が促進される結果が得られた.界面の構造スケールをサブナノメートルからマイクロメートルまで変化させた場合に,液体-固体界面における潤滑特性に関する解析を行った結果,界面に付着する微細構造の上部が液体-固体界面の役割を担っており,ナノメートルスケールの界面構造物の間に存在する液体分子は巨視的な熱流動を行わないことが分かった.