- Summary
- Our Vision & Target
- Research Projects
Summary: 部門概要
部門長：
工学部機械工学科 准教授
元祐 昌廣
部門設置の経緯（抜粋）：
本研究部門は，前身の「マイクロ・ナノ界面熱流体力学国際研究部門（活動期間2012年4月〜2017年3月）」を，期間中に培った知見を多重スケールへと拡大すること，並びに国際共同研究体制のさらなる推進を狙いとして，改組して設置したものである．本部門では，これまでの研究成果を礎として，数理・物理やバイオを対象とする研究者を加え，多重スケールにおける界面現象の解明・制御に取り組む．組織員間の連携は，複数の空間スケールをまたぐような編成で有機的な共同研究を実施し，多重スケールの現象の解明を目指す．
Our Vision & Target: 研究目的と目標
１）本部門では，微視的時空間スケールにおける3 相界面近傍でのメゾスコピック・ダイナミクスの理解と応用に関する知見を，マイクロ・ナノスケールだけでなくマクロスケールまでのより多重スケールにおける物質と流体の相互作用の解明へと発展させる．また，これらに関連した国際共同研究体制のさらなる推進も大きな目的のひとつである．移動・変形を伴う異相界面を介した熱物質輸送の制御という事象において，ミクロスコピックなダイナミクスをマクロスコピックな描像にまで進化させることを目指す．具体的には，(A) 微小物体との干渉を含んだ「動的濡れ」における固気液3相境界ダイナミクスの解明，(B) 物性分布下による液滴・粒子制御，(C) 流れ中での細胞とタンパク質との結合と動態，の研究において，学内外共同研究を実施する．
２）微小面積での流体ハンドリング技術，低消費量での化学反応制御，低エネルギー消費での液体・固体搬送は，燃料電池や電気自動車などの高効率・低環境負荷熱流体機器，超分散環境センシング，高付加価値医療・健康診断などにおいてキーテクノロジーである．本研究部門はこれらの本質である，異相界面を含む熱流体現象の解明と制御を目的として，学内外での連携研究を実施するものである．改組により理論系・バイオ系の研究者を増強し，より包括的に多重スケール間をまたぐ連携研究を可能とすることを狙いとしており，マイクロ・ナノスケールに留まらないマルチスケール・マルチフェーズの熱流体現象の理解と応用が著しく進むことが予想される．
３）前身の「マイクロ・ナノ界面熱流体力学国際研究部門」での活動において確立した，分子スケールからマイクロスケールにおける熱流体実験・解析環境をさらに拡充して，マクロスケールまでの階層的なスケールの多重化を実現し，さらに関連した国際連携研究教育体制のさらなる推進を目指す研究部門は国内では類を見ず，国外でも非常に珍しい．界面熱流体分野を世界的に有数な本学の強みとして確立すべく，若手研究者を軸とした組織構成とし，前部門長 (上野) には，自身の研究のみならず，これまでに培った国際的研究ネットワーク力を若手研究者に教示・展開する役割も担うことで育成体制も確立させ，我が国随一の界面熱流体力学の国際研究拠点の構築を目指す．
Research Projects
本部門においては，下記分担内容により研究活動を実施していく予定です．
＜研究内容＞
- マイクロ・ナノ界面の移動・変形を含む界面近傍熱流体場の計測・制御
- マイクロ・ナノチャネル内熱対流場と壁面近傍流体構造の解明
- マイクロ・ナノ界面近傍での物質輸送の解明と制御
- マイクログラビティ環境におけるメゾスコピック界面熱流体力学の解明
- 固液気３相界面の移動，いわゆる「濡れ」という現象をミクロ的に捉え，マクロ的界面前方に存在する「先行薄膜」の形成過程および膜内熱対流場の解明を目指します．さらに先行薄膜中あるいは膜外に固体粒子が存在する場合の薄膜領域との相互作用をも考慮し上記内容解明を目指し，ミクロスケールの「濡れ」については，実験的にはブリュースター角顕微鏡や共焦点型レーザ変位計などを，計算的には分子動力学法を用います．
- 特に狭小領域内連続流れに注目し，層流・乱流域における熱対流場構造に関する３次元非圧縮性および圧縮性 DNSおよび実験を実施します．また狭小領域からの開放端での衝撃波形成機構およびその構造解明を目指す．衝撃波の可視化については，シュリーレン法やシャドーグラフ法などの手法を用います．
- 特に液液あるいは気液界面における熱物質輸送現象に注目し，界面エネルギー差や外力としての光などによる界面の変形挙動および物質輸送制御の実現を目的とします．項目１．２．の内容を踏まえメゾスコピックな界面熱流体ダイナミクスとして理解と制御を目指します．
- 国際宇宙ステーション日本実験モジュール「きぼう」を利用した流体物理実験は， 2008年夏に運用が開始され，今年度に 4期目となる運用を 9月以降に実施予定です．さらに，アメリカ航空宇宙局（NASA）との共同研究が JFY2013 ~ 2014に，欧州宇宙機構（ ESA）との共同研究が JFY2015 ~に実施予定となっています．代表者はその全てのプロジェクトに共同研究者として参画しており，宇宙実験の運用・解析および地上検証実験および数値計算を実施していきます．運用にあたっては，本学学生が JAXA筑波宇宙センターでのリアルタイム・リモート運用および解析に直接携わる予定です．
- Symposium
- Workshop
- Seminar
Symposium
第4回 I2plus界面熱流体力学国際シンポジウム
| 日時： | 平成29年7月5日（水）13:00 ～ |
| 場所： | 東京理科大学 葛飾キャンパス 講義棟503 |
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マルチスケール界面熱流体力学研究部門
キックオフシンポジウム
| 日時： | 平成29年4月13日（木）14:00 ～ 18:00 |
| 場所： | 東京理科大学 葛飾キャンパス 講義棟301 |
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第2回 I2plus界面熱流体力学国際シンポジウム
| 日時： | 平成26年2月25-26日 |
| 場所： | 東京理科大学 葛飾キャンパス 講義棟K502 |
第1回 I2plus界面熱流体力学国際シンポジウム
| 日時： | 平成25年4月4日（木）10:30 ～ |
| 場所： | 東京理科大学 野田キャンパス 講義棟K601 |
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Workshop
第5回 I2plusワークショップ
| 日時： | 平成26年9月2日 13:00～18:00 |
| 場所： | 東京理科大学 葛飾キャンパス 研究棟4F 会議室 |
第3回 I2plusワークショップ
| 日時： | 平成24年12月12日 14:30～17:30 |
| 場所： | 東京理科大学 野田キャンパス 講義棟K303 |
第2回 I2plusワークショップ
| 日時： | 平成24年10月9日 14:00～17:00 |
| 場所： | 東京理科大学 神楽坂キャンパス 森戸記念館 第1会議室 |
第1回 I2plusワークショップ
| 日時： | 平成24年6月26日 13:30～16:00 |
| 場所： | 東京理科大学 野田キャンパス ME会議室 |
Seminar
24th I2plus Seminar
| 講師： | 金谷 健太郎 博士（Dr. Kentaro KANATANI） 東京工業大学 |
| 題目： | 蒸発や凝縮をともなう液膜の線形・非線形解析 |
| Linear and nonlinear analyses of evaporating or condensing liquid films | |
| 日時： | 平成29年9月20日（水）16:30 ～ 17:30 |
| 場所： | 東京理科大学 葛飾キャンパス 研究棟 セミナー室3 |
| 概要： | 蒸発や凝縮をともなう液膜は，自然界や産業界に普遍的に存在する．このような液膜の動力学を扱うときは，液相だけでなく気相の動力学も考慮することがしばしば重要になってくる．本講演では，気相の動力学を取り入れて蒸発・凝縮液膜のモデリングをした例として，気液二層液膜とマランゴニ滴状凝縮はが取り上げられる．気液二層液膜は，液体と同種の上記の層の厚さが液層と同程度の系であり，この系では横方向の蒸気圧ゆらぎが気液界面の不安定性を引き起こすということが予言される．気液両層に長波近似を適用してモデル化し，そのモデルに基づいて線形・非線形解析を行った．マランゴニ滴状凝縮は，非共沸の二成分混合蒸気の凝縮液膜において，気液界面の温度が両沸点間にあり低沸点成分液の表面張力が高沸点成分液よりも小さいとき（例：水―エタノール），濃度マランゴニ効果により凝縮液膜が滴状等の不均一な形態をとる現象である．凝縮液膜には長波近似を適用し，液膜上に有限厚さの濃度境界層を導入しその中で気相の支配方程式を解くことによりモデル化し，線形・非線形解析を行った． |
23rd I2plus Seminar
| 講師： | Prof. Ming-Tsang LEE Dept. Mech. Eng., Nat'l Chung Hsing U., Taiwan |
| 題目： | Direct silver micro circuit patterning on transparent polyethylene sterephthalate film using laser-induced photothermochemical synthesis |
| 日時： | 平成29年4月10日（月）11:00 ～ |
| 場所： | 東京理科大学 野田キャンパス 2号館2階 ME会議室 |
| 概要： | This study presents a new and improved approach to the rapid and green fabrication of highly conductive microscale silver structures on low-cost transparent polyethylene terephthalate (PET) flexible substrate. In this new laser direct synthesis and pattering (LDSP) process, silver microstructures are simultaneously synthesized and laid down in a predetermined pattern using a low power continuous wave (CW) laser. The silver ion processing solution, which is transparent and reactive, contains a red azo dye as the absorbing material. The silver pattern is formed by photothermochemical reduction of the silver ions induced by the focused CW laser beam. In this improved LDSP process, the non-toxic additive in the transparent ionic solution absorbs energy from a low cost CW visible laser without the need for the introduction of any hazardous chemical process. Tests were carried out to determine the durability of the conductive patterns, and numerical analyses of the thermal and fluid transport were performed to investigate the morphology of the deposited patterns. This technology is an advanced method for preparing micro-scale circuitry on an inexpensive, flexible, and transparent polymer substrate that is fast, environmentally benign, and shows potential for Roll-to-Roll manufacture. |
22nd I2plus Seminar
| 講師： | Prof. Shuangfeng WANG Dept. Chem. & Chem. Eng., South China U. Tech. |
| 題目： | Micro heat pipe technology and its application |
| 日時： | 平成29年4月5日（水）15:30 ～ |
| 場所： | 東京理科大学 野田キャンパス 1号館4階 会議室 |
| 概要： | As it is well known the development of electronic devices, such as LED chips and CPU chips, become more and more miniaturized and integrated, which account for the over concentration of the heat flux in the device. Thus, it is significant to develop cooling device at micro and nano scale. Heat pipe is an efficient approach, which has super heat transport ability with compact size. Different from traditional heat pipe, there are three new types of heat pipe attracting our attention. We have conducted a series of research on micro heat pipes from fundamental to application for 15 years. In order to improve its heat transfer coefficient, we completed research on geometric structure and working fluids by experiments and numerical simulation. Micro and nano structure at surface will take into consideration in the near future. |
Our Location
Yamazaki 2641, Noda-shi, Chiba, 278-8510 Japan