【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.12】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24AT0149
利用課題名 / Title
液滴衝突実験に適用可能な超薄膜・高速温度計測システムの試作
利用した実施機関 / Support Institute
産業技術総合研究所 / AIST
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）-
キーワード / Keywords
センサ/ Sensor,スパッタリング/ Sputtering,光リソグラフィ/ Photolithgraphy
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)
畠中 龍太
所属名 / Affiliation
国立研究開発法人 宇宙航空研究開発機構
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
渋谷 直哉,杉山 和義
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
AT-025：スパッタ成膜装置(芝浦）
AT-006：マスクレス露光装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
気液相変化時の蒸発潜熱を利用したスプレー冷却器の除熱過程を理解するためには、基礎的な物理過程として単一液滴の加熱面衝突現象を適切に理解する必要がある。本研究では、液滴衝突時の加熱面表面の局所表面温度変動を測定するための超薄膜熱電対アレイを形成し、液滴衝突時の温度変化を高時間/空間分解能で計測する試みを進めている。昨年度までに液滴衝突時の局所的な温度変化と三相界面の動きを関連付けるデータを取得することに成功したが、安定した配線接続、薄膜熱電対のゼーベック係数の校正データ取得、および液滴衝突面の清浄度管理（拭き取り清掃）に課題を有していた。今年度はそれら課題を解決することを目的として、ワイヤボンディングを前提としたパターン変更を行った熱電対アレイ試作を行い、ワイヤボンディングによる配線接続、校正試験、液滴衝突実験を行った。
実験 / Experimental
透明な両面研磨サファイア基板に対して二層レジストを塗布し、パターンを露光/現像した後、電極材料をスパッタにより成膜し、リフトオフを行った（陽極、負極、ボンディングパッドの3サイクル実施）。同手法による熱電対アレイ製作に関してはいくつかの先行報告[1]があるが、液滴衝突への適用を想定した超薄膜化や陽極・負極の材料の組み合わせは本研究独自のものである。完成した熱電対アレイ基板のパッド部分（基準接点に相当）周辺に白金温度センサを貼り付け、ワイヤボンディングにより別途準備したプリント基板とパッド間を接続した。校正試験においては基板裏側・中心部（温度計測部の裏側）に水冷ロッドを接触させ、基準接点（外周部）をヒータ板で加熱することで熱平衡状態を作ることでゼーベック係数の校正試験を実施した。液滴衝突実験においては、基板裏側にプリズムを油を介して密着させ、全反射法による液滴-壁面間の接触状況を高速度カメラで観察/計測した。
結果と考察 / Results and Discussion
熱電対の各層膜厚20nmの場合のゼーベック係数はバルク物性（文献値に基づき試算）の半分程度であり、温度依存性があることを確認した。ワイヤボンディングを行うパッド部のAL層厚さは300nmで十分接合できることを確認した。レイアウト変更により衝突液滴が壁面（熱電対アレイを成膜lした基板）上を濡れ広がる際の三相界面の移動を妨げることなく、評価対象の液滴現象への影響を最小限に抑えた形で高速表面温度計測に成功した。
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)
・参考文献[1] 丹下ら、日本機械学会論文集(B編), 75巻756号, pp.1655-1661, 2009.・本研究はJSPS科研費 JP20K14676の助成を受けて行った。・共同研究者： 東京農工大学 田川義之准教授
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)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- Hatakenaka R. and Tagawa Y., High speed surface temperature measurement during drop impact onto heated surface under depressurized environment, The 26th International Congress of Theoretical and Applied Mechanics, (Aug, 2024), Daegu, South Korea, [Oral]
- Hatakenaka R. and Tagawa Y., Drop impact onto a heated surface in a depressurized environment, (2024). [submitted to I. J. Heat Mass Tranf.]
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