マイクロギャップ内液体流れの熱伝達・流動抵抗の低下現象とそのメカニズムの解明

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ミクロンオーダーのギャップにおいて、界面エネルギーの小さい物質で表面を作った場合流動抵抗が減少したり熱伝達が大巾に低下する現象の生じることが予想される。その1つに液体分子をはじく性質の強い超揆水性の固体表面や塗料があるが、この超揆水面の表面には微細な凹凸が存在し揆水性を増大させている。そこでこの超揆水面の流動抵抗低減を実験的に調べた。すなわち,超微細な凹凸面に気相が存在することによる固体表面での液体の滑りが影響していると考え、凹凸の高さを数nm〜数μmと変化させたことによる流動抵抗変化を調べた。実験はシリコンウェーハを加工した凹凸面を作成して行ったがこの超微細凹凸面の高さを0μm〜5μmとした,流動抵抗は円錐平板回転粘度計を模擬した装置を製作し,回転円錐のトルクの変化より調べた。また超微細凹凸面は平板側にとりつけて、各種条件で測定した。この実験により,揆水性を示す酸化膜と0μmの凹凸面は、鉄のプレートより5〜6%抵抗が低減すること,1.15μmの凹凸面は,ほぼ0μmと同じ抵抗を示すが5μmの凹凸は最大で11%抵抗が増加すること,などの結果を得た。この現象は,液体-固体界面で液体分子と固体分子の相互作用が小さいため生ずると考えられるため、液体固体界面の量子力学的モデル化をすすめ,液体分子の分子間などの与え方の検討を行い、メカニズムの解明を行った。