【公開日：2023.07.28】【最終更新日：2023.04.25】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22NM0002
利用課題名 / Title
Nano/Micro機能付加による高性能伝熱面に関する研究
利用した実施機関 / Support Institute
物質・材料研究機構 / NIMS
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion
キーワード / Keywords
リソグラフィ/Lithography,膜加工・エッチング/Film processing and Etching,スパッタリング/Sputtering,MEMSデバイス,パワーエレクトロニクス
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
馬場 宗明
所属名 / Affiliation
産業技術総合研究所
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
齋藤慎平
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
NM-604：マスクレス露光装置 [DL-1000/NC2P]
NM-616：シリコンDRIE装置 [ASE-SRE]
NM-607：スパッタ装置 [CFS-4EP-LL #3]
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
電子機器の高性能化やパワー半導体の高出力化に伴い、高密度発熱体の冷却が課題となっている。我々は、高い熱拡散・熱輸送能力を持つ沸騰・凝縮熱伝達およびそれを利用した熱交換器や冷却デバイスに関する研究開発を行っている。2022年度は、沸騰伝熱面の高速度可視化計測のために、熱応答性を高めたTemperature Sensitive Paint(以下、TSP)塗膜の形成条件を系統的に調べた。そのために、水やアルコールの沸騰試験条件に耐久する感温センサ膜を作製を行った。
実験 / Experimental
石英ガラス基板の表面にITO膜（20nm）を透明加熱膜としてスパッタで成膜し、両端には下地用のTi（20 nm）とAu電極（200 nm）をスパッタ成膜した。TSP物質としては、無機物質であるZnO:Znや有機のPtTFPP等を採用して、スピンコータを用いて膜厚5µm程度以下になるように成膜した。TSP表面には遮光膜としてAu膜を200nm程度スパッタした。また、応答性の検証のために、ITO膜をパターン化したサンプルも作製した。サンプルについては、水およびフロリナート系冷媒の沸騰実験に供して、加熱条件での耐久性を確認した。
結果と考察 / Results and Discussion
水の強制対流沸騰条件に無機および有機TSPを適用し、沸騰気泡挙動と伝熱面温度分布を取得することができた。無機蛍光体および有機TSPの薄膜層の膜厚を制御しつつ伝熱面に形成し、高い時空間分解能（最高で空間約1µm、時間約5µs）での燐光強度、時間遅れの計測を実施することができた。これにより、伝熱面の熱伝達率(熱流束)分布と気泡の相互作用を評価可能である見通しを得た。さらに、ハニカム多孔質体を伝熱面に設置した場合の沸騰現象へのTSP適用性を検討し、機能性伝熱面を有する沸騰伝熱面の温度・熱流束を評価可能である見込みを得た。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
この成果は、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の委託業務 JPNP14004の結果得られた。
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
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Soumei Baba, Visualization of flow boiling heat transfer using temperature sensitive paint with high spatial and temporal resolution, International Journal of Heat and Mass Transfer, 197, 123367(2022).
DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2022.123367
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 馬場、齋藤、染矢、高田、TSPによる沸騰伝熱面温度分布の高時空間分解能計測、第59回日本伝熱シンポジウム、2022年05月18日
- 渡辺、齋藤、馬場、高田、李、染矢、無機感温塗料を用いた水の強制対流沸騰中における伝熱面温度分布計測、日本機械学会 関東支部 第29期総会・講演会、2023年03月16日
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件