カーボンナノチューブの流体感知性能のナノセンサ計測

• Project/Area Number: 20656140
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Aerospace engineering
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 高橋 厚史 Kyushu University, 工学研究院, 准教授 (10243924)
• Project Period (FY): 2008 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥3,500,000 (Direct Cost: ¥3,500,000); Fiscal Year 2009: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2008: ¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000)
• Keywords: 熱伝導率 / 接触熱抵抗 / マイクロナノデバイス / 熱工学 / ナノチューブ・フラーレン

Research Abstract

CNT一本が熱センサとしてどの程度流体を感知できるのか定量的に調べることを目標として実験システムの開発を行った。昨年度は実験の基本構成として、一本の多層CNTを白金製ナノホットフィルムにつなげた状態で流れにさらされてフィンとして機能するように配置するための技術を開発した。具体的には、シリコン基板上にMEMS技術によって製作した幅400nmの懸架型のホットフィルムの上にCNTを垂直に接合するという技術である。これを用いて、CNTの有無によってホットフィルムの感度がどのように向上するかを調べたが再現性の有る有意な信号変化は得られなかった。なお、流路はPDMSで製作し窒素ガスを用いて最大流速3m/sまでの実験を行った。そこで、CNTの本数を増やすためにホットフィルムの形状を逆V型にして電界を集中させて誘電泳動法を用いたところ多数のCNTを選択的に堆積させることができた。製作したCNT付きのセンサは無しのものに比べて流れに対して優れた応答を示すことがわかった。CNT一本からの信号が弱かった原因として接触熱抵抗に注目し、CNT一本の接触熱抵抗を計測するための実験システムを考案して製作した。今後はこれを用いて世界で初めての接触熱抵抗計測を予定している。また、今年度は多層でなく単層のCNT1本についても流体センサとしての能力を計測するための実験系を開発した。これは、それぞれの間に溝を設けた4本の電極間をブリッジするように単層CNTを直接合成したものであるが、これを用いて4端子法で周囲ガスの有無による単層CNTのI-V特性の変化を調べた。ただし、現在までにブリッジできた単層CNTは半導体ばかりで、その性質ゆえに熱伝達特性の定量的な計測には成功していない。引き続きこれらの実験を信頼性の有るものへ改善していく予定である。

Research Products

• [Journal Article] THERMAL RECTIFICATION OF ASYMMETRICALLY-DEFECTIVE CARBON NANOTUBES (2010)
  • Author(s): Hiroyuki Hayashi, Yohei Ito, Koji Takahashi
  • Journal Title: Proc.Joint Int.Symposia 3rd Micro & Nano-Technology and Micro/Nanoscale Energy Conversion & Transport-2010, March 21-24, 2010, Seoul, Korea Pages: 24-26
• [Journal Article] EXPERIMENTAL STUDY ON INTERFACIAL THERMAL RESISTANCE BETWEEN CARBON NANOTUBE TIP AND SOLID SURFACE (2010)
  • Author(s): J.Hirotani, S.Kai, T.Ikuta, K.Takahashi
  • Journal Title: Proc.Joint Int.Symposia 3rd Micro & Nano-Technology and Micro/Nanoscale Energy Conversion & Transport-2010, March 21-24, 2010, Seoul, Korea Pages: 95-97
• [Journal Article] Experimental and numerical studies on ballistic phonon transport of cup-stacked carbon nanofiber (2009)
  • Author(s): K.Takahashi, Y.Ito, T.Ikuta, X.Zhang, M.Fujii
  • Journal Title: Physica B : Condensed Matter Vol404 Pages: 2431-2434
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Estimating Error in Measuring Thermal Conductivity Using a T-type Nanosensor (2009)
  • Author(s): Yohei Ito, Koji Takahashi, Motoo Fujii, Xing Zhang
  • Journal Title: Heat Transfer-Asian Research Vol.38, No.5 Pages: 297-312
  • NAID: 10020753794
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of Underetching on Thermal Conductivity Measurement of Suspended Nanofilm (2009)
  • Author(s): Yohei Ito, Koji Takahashi, Tatsuya Ikuta, Xing Zhang
  • Journal Title: Jpn.J.Appl.Phys. Vol.48, No.5
  • NAID: 210000066801
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Measurement of the Thermal Conductivity of Nanodeposited Material (2009)
  • Author(s): K.Takahashi, N.Hilmi, Y.Ito, T.Ikuta, X.Zhang
  • Journal Title: International Journal of Thermophysics Vol.30 Pages: 1864-1874
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] CARBON NANOTUBE THERMAL PROBE USING PLATINUM NANO HOT-FILM (2009)
  • Author(s): Koji Takahashi, Jun Hirotani, Satoshi Kai, Tatsuya Ikuta
  • Journal Title: Proceedings of ASME 2009 2nd Micro/Nanoscale Heat & Mass Transfer International Conference, Dec. 18-22, 2009, Shanghai, China
• [Journal Article] ナノ材料の熱物性計測 (2009)
  • Author(s): 高橋厚史, 藤井丕夫
  • Journal Title: 伝熱 Vol.48 Pages: 20-25
  • NAID: 10025191636
• [Journal Article] Visualization of Horizontally-Aligned Single-Walled Carbon Nanotube Growth with 13C/12C Isotopes (2008)
  • Author(s): H. Ago, N. Ishigami, N. Yoshihara, K. Imamoto, S. Akita, K. Ikeda, M. Tsuji, T. Ikuta, K. Takahashi
  • Journal Title: J. Physical Chem. C. Letters 112 Pages: 1735-1738
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] T字一体型ナノセンサを用いた熱伝導率計測における誤差の推定 (2008)
  • Author(s): 伊藤洋平, 高橋厚史, 藤井丕夫, 張興
  • Journal Title: 熱物性 22 Pages: 104-112
  • NAID: 10020753794
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] パラフィンを用いたEBIDの堆積速度と移動現象 (2008)
  • Author(s): 甲斐聡, 高橋厚史, ノルシャズワン, 生田竜也, 西山貴史, 永山邦仁
  • Journal Title: 電気学会論文誌E 128 Pages: 161-166
  • NAID: 10021135203
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Thermal conductivity of SiC nanowire formed by combustion synthesis (2008)
  • Author(s): K. Takahashi, et al.
  • Journal Title: High Temperatures-High Pressures 37 Pages: 119-125
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Charge and Heat transport in Polysrystalline Metallic Nanostructures (2008)
  • Author(s): X. Zhang, K. Takahashi, M. Fujii
  • Journal Title: Chinese Physics Letters 25 Pages: 3360-3363
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Measuring Thermal Conductivity of Nano Deposition Using Pt Hot Film (2008)
  • Author(s): Y. Ito, K. Takahashi, N. Hilmi, X. Zhang
  • Journal Title: Thermal Science & Engineering 16 Pages: 105-111
  • NAID: 10024261984
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ナノ材料の熱物性と計測技術(招待講演) (2009)
  • Author(s): 高橋厚史
  • Organizer: ナノマシンシステム技術研究会2009年度第1回例会
  • Place of Presentation: 滋賀県草津市
  • Year and Date: 2009-07-17
• [Presentation] Study on Thermal Conductivity Measurement of Suspended Metal Films by Using NEMS Technology (2008)
  • Author(s): Y. Ito, K. Takahashi, T. Ikuta, X. Zhang
  • Organizer: Proc. 1st International Symposium on Thermal Design and Thermophysical Property for Electronics
  • Place of Presentation: つくば市
• [Presentation] Micro Oscillation Heat Pipe Fabricated On Silicon Wafer (2008)
  • Author(s): M. Kohno, T. Nishizono, Y. Onaka, S. Hidaka, K. Takahashi, Y. Takata
  • Organizer: Proc. 6th Intl. ASME Conf. Nanochannels, Microchannels and Minichannels
  • Place of Presentation: Darmstadt, Germany
• [Presentation] Measuring Thermal Conductivity of Nano Deposition Usinh Pt Hot Film (2008)
  • Author(s): Y. Ito, N. Hilmi, K. Takahashi, X. Zhang
  • Organizer: Proc. The 7th JSME-KSME Thermal and FluidsEng. Conf.
  • Place of Presentation: 札幌市