高クヌッセン数流れにおける非平衡現象の分子スケール解析

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流れでは,連続体である流体としてのマクロな特性よりもむしろ原子・分子オーダーの影響が非常に強く現れ,その結果マクロ領域では現れない特異な物理現象が発現する.そのため,このような高クヌッセン数流れを総合的に理解するためには,流れ場の原子・分子オーダーでの理解と固体表面近傍における原子・分子の挙動を理解する必要がある.本研究では,分子センサーによる計測や分子運動に基づく理論解析により,高クヌッセン数流れの解析を行った.高クヌッセン数流れにおける気体分子と固体表面の相互作用を調査するためのプローブとして用いられる分子線の詳細な特性を明らかにするため,気体分子の光共鳴励起を応用した分光学的手法であるREMPI法を用いて,昨年度までに構築した面・分子干渉実験装置より発生する窒素分子線の回転温度および回転エネルギー分布の計測を行い,分子線の形成過程における温度非平衡現象を実験的に解析した.また,分子センサー技術を応用した固体表面の圧力計測法である感圧塗料(PSP)を低密度気体流やマイクロ・ナノ流れの解析に応用するため,ナノ分子膜(LB膜)の形成手法をPSPに応用した感圧分子膜を開発し,その特性調査を行った.発光分子として用いるメゾポルフィリン錯体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するとともに,感圧分子膜の温度感度や表面粗さなど,マイクロ・ナノデバイス中の圧力計測に影響を及ぼす性質についても調査した.さらに,μmオーダーの径を持つ平行流路やコニカルノズル内部の圧力計測に感圧分子膜を適用し,本計測手法の圧力計測精度や空間分解能を明らかにすることで,本手法の有用性を示した.

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流れでは,連続体である流体としてのマクロな特性よりもむしろ原子・分子オーダーの影響が非常に強く現れ,その結果マクロ領域では現れない特異な物理現象が発現する.そのため,このような高クヌッセン数流れを総合的に理解するためには,流れ場の原子・分子オーダーでの理解と固体表面近傍における原子・分子の挙動を理解する必要がある.本研究では,分子センサーによる計測や分子運動に基づく理論解析により,高クヌッセン数流れの解析を行った.高クヌッセン数流れにおける気体分子と固体表面の相互作用を調査するためのプローブとして用いられる分子線の詳細な特性を明らかにするため,気体分子の光共鳴励起を応用した分光学的手法であるREMPI法を用いて,昨年度までに構築した面・分子干渉実験装置より発生する窒素分子線の回転温度および回転エネルギー分布の計測を行い,分子線の形成過程における温度非平衡現象を実験的に解析した.また,分子センサー技術を応用した固体表面の圧力計測法である感圧塗料(PSP)を低密度気体流やマイクロ・ナノ流れの解析に応用するため,ナノ分子膜(LB膜)の形成手法をPSPに応用した感圧分子膜を開発し,その特性調査を行った.発光分子として用いるメゾポルフィリン錯体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するとともに,感圧分子膜の温度感度や表面粗さなど,マイクロ・ナノデバイス中の圧力計測に影響を及ぼす性質についても調査した.さらに,μmオーダーの径を持つ平行流路やコニカルノズル内部の圧力計測に感圧分子膜を適用し,本計測手法の圧力計測精度や空間分解能を明らかにすることで,本手法の有用性を示した.