Development of Innovative Thermal Insulator using Interfacial Resistance of Different Polymer Materials
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20H02083
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 19020:Thermal engineering-related
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
Saito Takushi 東京工業大学, 工学院, 准教授 (20302937)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥18,590,000 (Direct Cost: ¥14,300,000、Indirect Cost: ¥4,290,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2020: ¥15,080,000 (Direct Cost: ¥11,600,000、Indirect Cost: ¥3,480,000)
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| Keywords | 界面熱抵抗 / 高分子材料 / 分子動力学シミュレーション / 界面層厚さ / 積層構造 / 断熱材 / 親和性 / 非相溶 / 相構造 / 分子動力学 / 熱拡散率 |
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| Outline of Research at the Start |
エネルギー供給過程で一次エネルギーの約6割が有効利用されずに未利用熱となっている現状から，熱の3R（Reduce，Reuse，Recycle）に対する要求は高い．中でも，熱エネルギーの散逸を減らすためには，工業的に導入が容易な手法による断熱技術の革新が必要となる．そこで本研究では，異種材料の界面における熱抵抗に着目し，多数の界面を導入することで高い熱抵抗を得るという新しい発想による高分子材料系断熱材の開発を目指す．具体的には，積層構造を有する異種高分子材料の界面熱抵抗を実験的に評価した上で，分子動力学シミュレーションにより熱抵抗の発現メカニズムを考察することで，新しい断熱材の開発に役立てる．
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| Outline of Final Research Achievements |
The objective of this research project is to quantitatively evaluate the thermal resistance that is expected to occur at the interface of dissimilar polymer materials. The knowledge obtained will provide guidelines for the development of innovative thermal insulation materials. Two approaches were employed to quantify the interfacial thermal resistance: experimental measurement using a fabricated multilayer structure and numerical estimation by molecular dynamics simulation. Although it was difficult to determine the interfacial thermal resistance experimentally, non-equilibrium molecular dynamics simulation showed that an interfacial thermal resistance of about 1.1xE-8 m2K/W occurred in the polystyrene/polymethyl methacrylate system used. In addition, the interfacial thermal resistance was estimated to be affected by the free volume in the material, and the value of the thermal resistance was shown to vary with the thickness of the interfacial layer.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
マクロスケールにおける界面熱抵抗は，材料の表面粗さによる空気層の介在が原因とされるが，近年のマイクロ・ナノ領域における熱移動現象の研究進展により，例えばシリコン等の結晶性材料と非晶質な高分子材料の界面において熱振動伝播の散乱が生じ，熱抵抗が発現することが報告されている．金属材料や高分子材料，あるいはセラミックス材料の組み合わせにおける界面熱抵抗の議論はこれまでにもあったが，モノマー種の違いによる高分子材料同士の界面熱抵抗に関する議論は本研究が初めてである．また，本研究により得られた知見は，新しいアプローチでの高分子系断熱材の開発につながる可能性があり，熱の有効利用に役立てられると考えられる．
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Report
(4 results)
Research Products
(5 results)
