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グラフェンの特異な配列を用いたファンデルワールス熱伝導のその場計測

Research Project

Project/Area Number 21656060
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Thermal engineering
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

生田 竜也  九州大学, 大学院・工学研究院, 技術専門職員 (70532331)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 高橋 厚史  九州大学, 大学院・工学研究院, 教授 (10243924)
Project Period (FY) 2009 – 2010
Project Status Completed (Fiscal Year 2010)
Budget Amount *help
¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000)
Fiscal Year 2010: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2009: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Keywordsカーボンナノファイバー / ナノ熱センサ / 界面熱抵抗 / フォノン / MEMS技術 / 熱伝導率
Research Abstract

微小なグラフェンのカップが数多く積層してできているカップスタック型カーボンナノファイバー(CSCNF)を試料として、そのカップ間隔を人為的に操作することによる熱伝導率の変化を定量的に計測することを目指し、T字一体型プローブ法を応用した「その場」計測を可能とするナノセンサを開発した昨年度に引き続いて今年度も実験的にナノ材料1本の熱計測を行った。CSCNF試料1本の熱伝導率計測から、グラフェン層間の単位面積あたり熱抵抗は10^(-10)[m^2K/W]のオーダーであることがわかった。この値は分子動力学シミュレーションで報告されている10^(-8)に比べて2桁ほど小さい。これはフォノンが弾道的に層間を透過していることを示唆するもので、ナノ材料においては抵抗の足し算ではなくて系全体で熱流を評価すべきものであるとわかった。すなわち、カップ間隔を操作して熱伝導の変化を見る意義は低いとの結論に至った。そこで、実験対象を多層カーボンナノチューブの先端と固体表面の間のファンデルワールス熱伝導へと切り替え、上記ナノセンサによる界面熱抵抗の定量的計測をHRTEM観察を併用しながら実施したところ、グラフェンのc軸方向と金表面の間では10^(-8)[m^2K/W]程度であることがわかった。さらに、a軸方向についても機械的に開いた先端を用いて実験し評価したところ、c軸の場合よりも単位面積あたりで1桁ほど小さい熱抵抗が得られた。この結果は理論的予測とよく一致するものであり、本研究の信頼性が確認されるとともに今後の研究の展開に大きく期待できることとなった。

Report

(2 results)
  • 2010 Annual Research Report
  • 2009 Annual Research Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2011 2010 2009

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (2 results)

  • [Journal Article] A GRAPHENE CHAIN ACTS AS A LONG-DISTANCE BALLISTIC HEAT CONDUCTOR2011

    • Author(s)
      Koji Takahashi, Yohei Ito, Tatsuya Ikuta
    • Journal Title

      Proc.International Heat Transfer Conf (IHTC14) August 8-13, 2010, Washington, DC, USA

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] カーボンナノチューブと固体間の界面熱抵抗に関する実験的研究2010

    • Author(s)
      廣谷潤, 甲斐聡, 生田竜也, 高橋厚史
    • Journal Title

      日本機械学会論文集B編

      Volume: 76 Pages: 1412-1419

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] CARBON NANOTUBE THERMAL PROBE USING PLATINUM NANOHOT-FILM2009

    • Author(s)
      Koji Takahashi, Jun Hirotani, Satoshi Kai, Tatsuya Ikuta
    • Journal Title

      Proc.ASME 2009 2nd Micro/Nanoscale Heat & Mass Transfer International Conference, Dec.18-22, 2009, Shanghai, China, MNHMT2009-18356 MNHMT2009

      Pages: 1-6

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Journal Article] Experimental and numerical studies on ballistic phonon transport of cup-stacked carbon nanofiber2009

    • Author(s)
      K.Takahashi, Y.Ito, T.Ikuta, X.Zhang, M.Fujii
    • Journal Title

      Physica B : Condensed Matter Vol 404

      Pages: 2431-2434

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effect of Underetching on Thermal Conductivity Measurement of Suspended Nanofilm2009

    • Author(s)
      Yohei Ito, Koji Takahashi, Tatsuya Ikuta, Xing Zhang
    • Journal Title

      Jpn.J.Appl.Phys. Vol.48, No.5

    • NAID

      210000066801

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Measurement technique of thermal contact resistance of a carbon nanotube tip2010

    • Author(s)
      Jun Hirotani, Tatsuya Ikuta, Koji Takahashi
    • Organizer
      The Ninth Asian Thermophysical Properties Conference (ATPC2010)
    • Place of Presentation
      Beijing, China
    • Year and Date
      2010-10-20
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] ナノスケールの接触熱抵抗に関する実験的アプローチ2009

    • Author(s)
      廣谷潤, 甲斐聡, 生田竜也, 高橋厚史
    • Organizer
      熱工学コンファレンス2009
    • Place of Presentation
      宇部市
    • Year and Date
      2009-11-08
    • Related Report
      2009 Annual Research Report

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Published: 2009-04-01   Modified: 2016-04-21  

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