ソフトマテリアルの局所的な熱物性計測のためのプローブ型ミクロ交流法の開発

开发用于测量软材料局部热物理性质的探针式微交流方法

基本信息

批准号：
22K14200
负责人：
劉芽久哉
金额：
$ 2.16万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では、ソフトマテリアルの局所領域の熱拡散率計測の新たな手法として、温度波熱分析法の原理に基づいた、プローブ型の計測システムの開発を進めている。ソフトマテリアルは、ミクロ、ナノスケールに多様な高次構造を有し、この構造が異方性を含めた多様な熱物性をバルクで発現するため、これらの直接測定に基づく構造と物性の相関解明が、高次構造制御に立脚した熱制御においては重要な知見となる。プローブ型のセンサーを用いた微細領域の熱物性計測システムの構築においては、(1)温度波熱分析法の方法論に基づく適切な計測システムの設計と、(2)これらを実現する微細デバイスの制作が2つの大きな研究要素となる。特にデバイスの開発においては、その設計段階から温度波熱分析法の原理に基づいたデザインを考慮することが重要で、本研究においてもこれら2つの研究開発要素を並行して進めている。計測システムの設計、及び微小領域での温度波に対する周期的な温度応答の解析においては、積分変換による熱拡散方程式の解析を用いて、特に位相遅れについて正確な解析解を求めることを試みた。また実際のシステムを記述するモデルとして、データ解析に利用できるよりシンプルなモデルについても同時に考案した。これにより実際の実験において考慮が必要になる、サンプル-プローブ間の接触熱抵抗、プローブの熱容量などを最適化パラメーターとして容易にモデルに追加することが可能になった。デバイス作製については、これまでのマスクアライナーによるリソグラフを用いた微細加工に加えて、マスクレスリソグラフィーやレーザー直接描画などの新たなプロセスを導入した。マスクレスのプロセスを導入したことにより、これまでより自由度の高いデバイスデザイン、自在性の高いデバイス製造プロセスへと改良することができた。

在这项研究中，我们正在基于温度波热分析的原理开发探针类型的测量系统，作为测量软材料局部地区热扩散率的新方法。软材料在微观和纳米级上具有多种高阶结构，并且由于这些结构在批量上表达了各种热能，包括各向异性，因此基于这些直接测量的结构和物理性能之间的相关性是基于高阶结构控制的热控制的重要发现。在使用探针类型传感器在细胞区域中建造热特性测量系统时，两个主要的研究因素是：（1）基于温度波热分析方法的适当测量系统的设计，以及（2）创建实现这些这些的微型设备。特别是，在开发设备时，重要的是根据设计阶段的温度波热分析原理考虑设计，在这项研究中，这两个研究和开发元素正在并行进行。在测量系统的设计以及对小区域中温度波的周期性温度响应的分析中，我们尝试通过通过积分转换对热扩散方程进行分析，以获得准确的分析解决方案，尤其是对于相位滞后。我们还构思了一个更简单的模型，该模型可用于数据分析作为描述实际系统的模型。这使得可以轻松地在样品和探针之间添加热电阻，探针的热容量等作为优化参数，这些参数需要在实际实验中考虑。除了使用遮罩对准器使用光刻的传统微作业外，还引入了新的过程，例如无膜片光刻和激光直接图。通过引入无面膜过程，可以改善具有更高自由度和更灵活的设备制造过程的设备设计。