Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

新機能の発現を求めて、新素材あるいは新規複合材料が開発されてきたが、高機能材料は少量や薄膜であることが多く、従来の方法論では測定が困難であった。
本研究では、赤外線カメラを用いた面内の温度分布を高速でとらえる方法を提案した。特に温度変化は温度の性質から急激な減衰があり、ミクロンオーダーからミリオーダーという短距離でしか観測できないことを明らかにし、高倍率赤外線専用レンズを設計試作して、高速顕微赤外線温度観測する技術を確立した。特に、交流的な変化を与えた測定では、基準点(熱源近く)の温度変化をリファレンスとしてロックイン解析をすることで高感度化また位相の遅れ分布を得るといる全く新しい分析法を確立した。具体的には、強制的な温度変化を試料の一部に交流ジュール加熱かレーザースポット照射によって与え、面内に拡散する様子を高速赤外線カメラで観測することによる伝熱測定方法を検討した。このことで従来の方法にはない高感度性を得ることができた。特に、異種物質問の界面熱伝達は直流的な温度勾配法よりも高感度で界面の性質を把握でき、複合材料設計に重要な指針をあたえるものである。
界面熱伝達を評価する方法論に加えて、熱伝導は物質特に高分子物質の分子鎖配向と強い相関があることは古くから知られていたが、顕微赤外線熱分析法などによる面方向の熱移動の性質と、微小センサーを用いた温度波分析法による厚さ方向の熱拡散率の面内マッピングを測定することで、材料の設計のほか、成型時の熱力学的な履歴を解析する方法としても重要であることを提案した。特にIRイメージングによる高分子鎖の配向分布と結晶の分布を詳細に検討し、配向の2次元マッピングは熱拡散率のマッピングと非常によい一致を示すことを明らかにした。これらの方法論は従来経験とシミュレーションに頼っていた分野へ、新たな光を与える方法論であることを提案した。

【研究分担者】
森川淳子	東京工業大学	大学院・理工学研究科	助手	(Kakenデータベース)