バイオミメティクス・ナノ構造制御された自己修復滑液膜表面による熱伝達効率上昇

通过仿生学和纳米结构控制的自愈滑膜表面提高传热效率

• 批准号: 17K04992
• 负责人: 白鳥 世明
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-01 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17K04992/
• 关键词: 熱伝達; 凝縮熱; 熱変換; 撥水; 凹凸構造; 固体滑液膜; 金属管; エネルギー; 防汚; コーティング; 自己修復; バイオミメティクス; SLIPS; 表面; 滑液; 熱交換

平成３０年度は、金属基材上の滑液膜による液滴凝縮および熱伝達効率の上昇に関する検討を行った。凝縮熱伝達は水蒸気から熱を取り出すことによって行われるエネルギー交換方法のひとつである。水蒸気が凝縮し水に形態を変化する際、熱量の大きい潜熱が放熱される。これを用いることによって高効率の熱変換が実現される。これはエアコンの室外機や発電所などで使われており、凝縮熱伝達率の向上は資源の有効利用につながる。典型的な凝縮器の表面は金属でできているため多くは親水面である。よって水が凝縮すると濡れ広がり薄い液膜をつくるため熱伝達率が低下してしまう。凝縮器を撥水面にすると水が滴状に凝縮し、滑り落ちるので高い熱伝達率を得ることが可能となるため凝縮器表面を撥水性にするのが望ましいと考えられている。しかし、マイクロからナノレベルの凹凸構造をもたせた撥水面は凝縮環境下において凹凸構造内部で凝縮が進み液滴にピン止めが起きてしまうことが報告されている。これを克服するために油を凹凸構造で保持することによって撥水性を発揮する液膜の利用も提唱されたが、潤滑油が揮発してしまうことから長期的な撥水性の維持は依然として困難なままである。平成３０年度、本研究では凹凸構造を有さずに撥水性を発揮する固体滑液膜を利用することで長期的な凝縮率熱伝達率の向上を目指した。申請者らは金属配管や金属平板上に固体滑液膜を形成し、水蒸気から水滴への液滴凝縮を計測することで、熱伝達係数が1.5倍に上昇することを確認した。本研究では、この成果を発電所や冷暖房、冷蔵庫等の熱交換機への適用をめざして、基礎的知見を積み上げ、熱伝達効率の最適化に関する基礎研究を行った。

In the year Heisei 30, the に issue of する検 and を regarding the increase in the <s:1> liquid film による droplet condensation および heat 伝 efficiency <s:1> on metal substrates った was discussed. Condensation heat 伝 da は water steam 気 か ら heat を り out す こ と に よ っ て line わ れ る エ ネ ル ギ ー exchange method の ひ と つ で あ る. The vapor of water が condenses into water に, the form を changes する, the heat <s:1> is large, the latent heat が releases heat される. <s:1> れを is achieved by using る る とによって とによって high-efficiency <s:1> heat transformation が to realize される. こ れ は エ ア コ ン の seg や 発 electricity by な ど で make わ れ て お り, condensation heat 伝 rate の は resources の a sharper use up に つ な が る. The typical surface of a な condenser <s:1> is mostly made of <s:1> metal でで て て <s:1> るため るため るため with many く hydrophilic surfaces である. よ っ て condensation water が す る と れ speech &drama hiroo が り い thin liquid membrane を つ く る た め hot 伝 da rate low が し て し ま う. Condensation apparatus を dial surface に す る と water が dropwise condensation に し, slippery り ち る の で high い hot 伝 da rate を る こ と が may と な る た め condensation device surface を dial water-based に す る の が hope ま し い と exam え ら れ て い る. し か し, マ イ ク ロ か ら ナ ノ レ ベ ル の sag を も た せ た は dial water condensation environment に お い て concave-convex structure internal condensation で が into み droplet に ピ ン check め が up き て し ま う こ と が report さ れ て い る. こ れ を overcome す る た め に oil を sag で keep す る こ と に よ っ て dial water-based を 発 swing す る liquid membrane の use も carry sing さ れ た が, lubricating oil が swing 発 し て し ま う こ と か ら long-term な dial the water-based の still maintain は と し て difficult な ま ま で あ る. Pp.47-53 30 year, this study で は sag を have さ ず に dial water-based を 発 swing す る solid を synovial membrane using す る こ と で long-term な の hot 伝 condensation rate of rate upward を refers し た. Applicants ら は metal piping や に solid synovial membrane on the metal plate を し, water steam 気 か ら droplets へ の droplet condensation を measuring す る こ と で, hot 伝 coefficient 1.5 times が に rise す る こ と を confirm し た. Achievements of this study で は, こ の を 発 electric room や by changes in temperature, cold 蔵 library の heat exchangers へ の applicable を め ざ し て, basic knowledge on を product み げ, hot 伝 optimal working rate の に masato す る basic research line を っ た.

项目成果

A biologically inspired attachable, self-standing nanofibrous membrane for versatile use in oil-water separation or antifouling

一种受生物学启发的可附着、自支撑纳米纤维膜，可广泛用于油水分离或防污

• 发表时间: 2019
• 作者: Takuto Nakamura;Gillot Frederic;Seimei Shiratori;原 惠子;Seimei Shiratori
• 通讯作者: Seimei Shiratori

濡れ性パターニングによる凝縮熱伝達率向上薄膜の作成

通过润湿性图案形成薄膜以提高冷凝传热系数

• 发表时间: 2018
• 作者: Takuto Nakamura;Gillot Frederic;Seimei Shiratori;原 惠子;Seimei Shiratori;Masatoshi Suzuki;原 惠子;中村拓登，フレドリック・ジロー，白鳥世明
• 通讯作者: 中村拓登，フレドリック・ジロー，白鳥世明

Antiadhesion Function between a Biological Surface and a Metallic Device Interface at High Temperature by Wettability Control

• DOI: 10.1021/acsbiomaterials.8b00387
• 发表时间: 2018-05-01
• 期刊: ACS BIOMATERIALS SCIENCE & ENGINEERING
• 影响因子: 5.8
• 作者: Park, Jun-Yong;Tenjimbayashi, Mizuki;Shiratori, Seimei
• 通讯作者: Shiratori, Seimei

エコール・サントラル・リヨン(フランス)

里昂中央理工学院（法国）

A Biocompatible Slippery Surface Based on a Boehmite Nanostructure with Omniphobicity for Hot Liquids and Boiling Stability

• DOI: 10.1021/acsanm.8b00199
• 发表时间: 2018-04-01
• 期刊: ACS APPLIED NANO MATERIALS
• 影响因子: 5.9
• 作者: Togasawa, Ryo;Ohnuki, Fumiya;Shiratori, Seimei
• 通讯作者: Shiratori, Seimei