基礎編

第１章　序論

第２章　分子・ナノ熱流体

第３章　マイクロ熱流体

第４章　界面と相変化

第５章　マイクロチャネル

第６章　電場駆動流

第７章　トライボロジー

第８章　ナノ材料

第９章　計測技術

第10章　加工技術

活用編

【編集代表】
丸山　茂夫　　東京大学大学院工学系研究科機械工学専攻教授

【編集委員】（五十音順）
稲田　孝明　　(独)産業技術総合研究所エネルギー技術研究部門主任研究員
鈴木　健司　　工学院大学工学部機械システム工学科助教授
鈴木　雄二　　東京大学大学院工学系研究科機械工学専攻助教授
大宮司　啓文　東京大学大学院新領域創成科学研究科環境学専攻助教授
高木　周　　　東京大学大学院工学系研究科機械工学専攻助教授
竹村　文男　　(独)産業技術総合研究所エネルギー技術研究部門主任研究員
松本　壮平　　(独)産業技術総合研究所先進製造プロセス研究部門主任研究員

【編集協力】
小野　直樹　　芝浦工業大学工学部機械工学第二学科助教授
【執筆者】（執筆順）
竹村　文男　　(独)産業技術総合研究所エネルギー技術研究部門主任研究員
丸山　茂夫　　東京大学大学院工学系研究科機械工学専攻教授
大宮司　啓文　東京大学大学院新領域創成科学研究科環境学専攻助教授
高木　周　　　東京大学大学院工学系研究科機械工学専攻助教授
宮崎　康次　　九州工業大学大学院生命体工学研究科助教授
永井　二郎　　福井大学工学部機械工学科助教授
稲田　孝明　　(独)産業技術総合研究所エネルギー技術研究部門主任研究員
鈴木　雄二　　東京大学大学院工学系研究科機械工学専攻助教授
大竹　浩靖　　工学院大学工学部機械工学科助教授
市川　直樹　　(独)産業技術総合研究所先進製造プロセス研究部門グループ長
小原　拓　　　東北大学流体科学研究所教授
吉田　英生　　京都大学大学院工学研究科航空宇宙工学専攻教授
鈴木　健司　　工学院大学工学部機械システム工学科助教授
加藤　孝久　　東京大学大学院工学系研究科機械工学専攻教授
福井　茂寿　　鳥取大学工学部応用数理工学科教授
瀬戸　章文　　(独)産業技術総合研究所先進製造プロセス研究部門研究員
松本　潔　　　東京大学大学院情報理工学系研究科知能機械情報学専攻助教授
染矢　聡　　　東京大学大学院新領域創成科学研究科環境学研究系助教授
松本　壮平　　(独)産業技術総合研究所先進製造プロセス研究部門主任研究員
芦田　極　　　(独)産業技術総合研究所先進製造プロセス研究部門研究員
神山　直久　　東芝メディカルシステムズ㈱超音波開発部　　　　
宮本　誠　　　三菱電機㈱先端技術総合研究所環境システム技術部主席研究員
上山　智嗣　　三菱電機㈱先端技術総合研究所環境システム技術部主席研究員　　
村山　英晶　　東京大学大学院工学系研究科環境海洋工学専攻講師　　　　
高橋　厚史　　九州大学大学院工学研究院航空宇宙工学部門助教授
伏信　一慶　　東京工業大学大学院理工学研究科機械制御システム専攻助教授
田中　秀治　　東北大学大学院工学研究科ナノメカニクス専攻助教授
三木　則尚　　慶應義塾大学理工学部機械工学科専任講師
鹿園　直毅　　東京大学大学院工学系研究科機械工学専攻助教授
中込　秀樹　　千葉大学工学部都市環境システム学科教授
白樫　了　　　東京大学生産技術研究所助教授
松岡　広成　　鳥取大学工学部応用数理工学科助教授
山下　真司　　東京大学大学院工学系研究科電子工学専攻助教授
中山　喜萬　　大阪府立大学大学院工学研究科電子物理工学分野教授
中別府　修　　東京工業大学大学院理工学研究科機械物理工学専攻助教授
新納　弘之　　(独)産業技術総合研究所光技術研究部門グループ長
松岡　芳彦　　(独)産業技術総合研究所先進製造プロセス研究部門グループ長
河野　正道　　九州大学大学院工学研究院機械科学部門助教授
小穴　英廣　　東京大学大学院工学系研究科機械工学専攻講師
北森　武彦　　東京大学大学院工学系研究科応用化学専攻教授
火原　彰秀　　東京大学大学院工学系研究科応用化学専攻講師
杉井　康彦　　(独)科学技術振興機構北森グループ研究員

＝＝出版にあたって＝＝

　近年のマイクロ、ナノスケールの学術進展は著しく、最近ではマイクロ、ナノスケールの現象を活用した応用技術も一般社会の目に留まるようになってきました。とくに半導体など電子機器産業あるいはバイオテクノロジー産業における技術革新は目覚ましく、マイクロ・ナノテクノロジーは大きな産業の一つとなりつつありますが、実はマイクロ・ナノテクノロジーにおいて重要なのが、マイクロあるいはナノスケールの熱流体現象です。一般に、マイクロ・ナノテクノロジーというのは、微小な構造体を作製あるいは制御する技術であるととらえられがちですが、その製作過程や制御において熱あるいは流体的問題はその技術の精度を左右する重要な問題となります。例えば、物質表面にレーザー加工を施すような場合にはレーザーで熱せられた表面の熱をいかに逃すかといったことが、加工精度を左右する大きな要因となります。マイクロ熱機関などマイクロスケールでエネルギー変換を行うためのパワーMEMS、あるいはバイオ技術におけるタンパク質の分離など非常に微細な流路を用いたμTASなどにおいても、物質拡散や電気泳動など、マイクロあるいはナノスケールにおいて顕在化する流体現象が重要となります。このようにマイクロ・ナノ熱流体現象をより理解し、技術の進歩に役立てようという気運が国内外を問わず高まっております。
　学術的な観点からマイクロ・ナノ熱流体現象をとらえると、空間あるいは時間スケールを小さくした際に、どのような熱流体としての特徴が顕在化するのかということに尽きます。具体的には、連続体力学がどの程度の時空間スケールにまで適用できるのか、あるいはどの程度のスケールから確率統計的な扱いや分子動力学的な扱いを適用すべきなのかという問題であり、連続体が仮定できる場合においても固体表面や液体表面で作用する表面張力や界面動電現象がどのような境界条件として取り込まれるのかといった問題です。一方で、加工技術や材料技術の進展に伴って、熱流体現象がかかわるシステムは従来のミリメートル以上の空間スケールからマイクロ、ナノスケール、さらには分子スケールにまで拡大しています。そのため、熱流体機器の設計の観点からも、マイクロ、ナノスケールの熱流体現象把握の重要性はますます高まっています。
　これらの要請に応えるべく、マイクロ、ナノスケールの熱流体現象の研究が盛んに行われていることは周知のとおりです。しかしながら、分子スケールからマイクロスケールまでを包括した学術体系はいまだ構築されていません。また、マイクロ、ナノスケールの熱流体現象の特性を積極的に活用した事例あるいはシステムにおいて、マイクロ、ナノスケールの熱流体現象の把握が必要不可欠な事例などは意外に知られておらず、このような事例を広く一般に共有していくことも必要と思われます。
　本ハンドブックは以上のような趣旨で出版することになりました。ただし、マイクロ・ナノ熱流体と一言で申しましても、時空間スケールの違いはもちろんのこと、対象とする物質の相によっても大きな違いがあり、現段階で完全な学術体系を構築することがいかに困難であるかは重々承知しております。また、各分野の技術的な進展が激しい時代でもあり、マイクロ熱流体の研究分野への要請が今後大きく変化していくであろうことも想像しております。しかし、このようにマイクロ熱流体分野が黎明期にある現在だからこそ、本ハンドブックの出版に意義があると判断いたしました。そこで、本ハンドブックでは、マイクロ・ナノ流体現象の特徴や本質をできるだけ読者の方にご理解いただけるように基礎的な事項について基礎編で解説するとともに、マイクロ・ナノ熱流体現象を活用して実用化された技術あるいは実用化の可能性のある技術を活用編で紹介しております。活用編は当該分野の第一線でご活躍の方々に執筆していただいたことから、充実した内容となっていると自負しております。本ハンドブックがマイクロ・ナノ熱流体現象に携わる研究者、とくに技術者の方々のお役に立てることを願っております。
　本ハンドブックの出版にあたり、お忙しいなか原稿を執筆くださった多数の先生方、原稿を通読し校閲と適切な指摘をしてくださった芝浦工業大学の小野直樹先生に深くお礼申し上げます。また、本書の出版に多大な労をとってくださった㈱エヌ･ティー・エスの関係者に感謝いたします。最後に、本編集委員会は(独)産業技術総合研究所マイクロ熱流体システム活用エネルギー有効利用連携研究体の連携研究員を主体に構成いたしましたが、連携体の長でいらっしゃる東京大学名誉教授の庄司正弘先生には、企画段階から編集段階にいたるまで終始貴重なご助言とご指導をいただきました。ここに深く感謝申し上げます。
　
2006年１月
マイクロ・ナノ熱流体ハンドブック編集委員会
代表者　丸山茂夫
編集委員一同