ナノ流動研究部門

分子熱流動研究分野

  • 教授小原 拓

  • 助教SURBLYS Donatas

  • 特任助教松原 裕樹

熱流体現象を分子運動レベルで解析することは、現象の本質的なメカニズムを理解して現象を制御することにより、必要な熱流体現象を「設計」するための基礎となります。また、先端技術においてしばしば見られる、熱流体物性や界面などマクロなモデルが破綻する極限的な現象に対しても、分子運動レベルの熱流体解析は極めて有効です。応用分野では、MEMS/NEMS技術と結びついた流体応用技術であるマイクロ/ナノフルイディクスとして、バイオ関連技術や生体内の微細な熱・物質輸送のメカニズムに学んだバイオミメティクス流体機械の展開につながります。分子熱流動研究分野では、分子からMEMS/NEMSのスケールにおける熱流体現象の理解を深め、その応用を探ることを目的として、研究を進めています。

流体とソフトマターの構造と熱・運動量の分子スケール輸送特性

流体、特に液体やソフトマターの中には様々な構造が存在し、その動特性が流体中の輸送現象、すなわち熱・運動量・物質の移動を支配しています。その構造の輸送特性を解析することにより、なぜその流体の輸送物性値はその値なのか、希望の輸送物性値をもつ流体はどのような分子構造をもっているのか、などの疑問を解明します。また、交互累積膜(Layer by layer; LbL)など、ナノスケールのヘテロ(不均一)な構造とそこで発現する非等方的熱物質輸送現象を解析し、新しいナノスケール熱物質輸送デバイスの材料として応用するための基礎研究を行っています。
  • Heat paths in ethylene glycol
  • Liquid 5-butyldecane (C14H30)
  • Layer by layer membrane

固液界面における熱・物質輸送特性

固体・液体が接する界面における熱と物質の輸送現象は、NEMSや多孔質体など微細構造をもつ系の総括的特性を支配しています。また、半導体製造工程のウェットプロセスなど微細加工に利用され、製品の成否を決定する鍵となっています。界面近傍の液体中に固体表面の影響を受けて発現する特異な構造や、固体分子-液体分子間のエネルギーの伝搬を解析する分子動力学シミュレーションにより、現象のメカニズムを明らかにするとともに、必要な界面特性を発現する分子及び微細構造を探索するための基礎研究を行っています。
  • IPA (alcohol) molecule at a SiO2 solid surface
  • Branched-chain butanediol at a SiO2 solid surface
  • Polymer liquid at a grooved surface

液体分子の熱エネルギー伝搬特性データに基づく熱媒流体の設計

エネルギーの高効率利用や熱機器の高機能化において、機器内外を流動し熱エネルギーを運搬する熱媒流体は大きな役割をもっています。分子を構成する様々な官能基など原子あるいは原子群がなす力学的エネルギー伝搬への寄与を解析し、それらが集積して発現する熱エネルギー伝搬特性に関するデータに基づいて、様々な使用条件に対して最適化され最高の性能を発揮する熱媒を実現する分子がどのようなものであるかを知るのが、本研究の目的です。固体において実現している材料設計のアプローチを流体の熱流動特性に対して確立することを目標としています。
  • Ionic liquid
  • Decanol liquid
  • Ammonia liquid