| Project/Area Number |
21H01259
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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 | Kyushu Institute of Technology (2023)
The University of Tokyo (2021-2022) |
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Principal Investigator |
Kodama Takashi 九州工業大学, 大学院工学研究院, 教授 (10548522)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
志賀 拓麿 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (10730088)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2021: ¥11,180,000 (Direct Cost: ¥8,600,000、Indirect Cost: ¥2,580,000)
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| Keywords | 熱エネルギー工学 / マイクロ/ナノ加工 / カーボンナノチューブ / マルチスケール熱伝導測定 / ナノスケール伝熱 / 熱工学 / 熱電変換 / 分子内包 / 高熱伝導材料 / 高電気伝導線材 / 分子内包効果 / 線材化技術 / マイクロ・ナノ加工 / 熱電変換材料 / ナノ/マイクロ加工 |
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| Outline of Research at the Start |
カーボンナノチューブ(Carbon nanotube, CNT)は優れた電気・熱伝導性を有する代表的なナノ材料であり、様々な分野で工学応用が期待されている。CNTはバルク構造化によって電気・熱伝導率がそれぞれ大きく低下してしまうことが現在の課題となっているが、その性能劣化は主にナノレベルにおけるCNTの伝導性の変化によって生じていることが、近年の研究で新たに明らかになっている。本研究では、これまでに申請者が開発した単一ナノ構造体やバルク体の伝導測定技術を利用して、様々な材料形態のCNTに対して伝導率の"階層的評価"を行い、複合材料化によるCNTの伝導機構の解明と戦略的な伝導性制御に挑戦する。
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| Outline of Final Research Achievements |
To clarify the mechanism of the variation in the thermal conductivity of carbon nanotubes (CNTs) when it forms different types of material structure from nano to bulk scale, we evaluate the dependence of thermal conductivity of CNTs microfibers with variation of the degree of orientation and bulk density fabricated by liquid crystal spun method. The measurement results indicate that the thermal conductivity of the microfibers shows a strong correlation with the orientation degree, material density, and the electrical conductivity, and that the bulk thermal conductivity shows a value close to the saturated thermal conductivity of the raw CNT bundle obtained by nanoscale thermal conductivity measurement. Further, regarding the reduction of the thermal conductivity due to bundling, molecular simulation of the thermal conductivity of CNT bundles with different chiralities succeed in qualitatively finding that the chirality mismatch affects the suppression of the thermal conductivity.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究で得られたバルクCNT材料の熱伝導性に関する知見は、フレキシブル高熱伝導材料など次世代熱拡散材の性能を向上させるための貴重な設計指針であり、さらには電気伝導率とも強い相関関係が生じていることから、次世代電線といった熱工学を超越した幅広い工学応用に繋がる極めて社会的インパクトの強い研究成果であると考えられる。また、本研究で実証したCNT線材内への直接分子内包による熱電物性の変調現象は、今後、製作されたCNTバルク構造体の性能向上にも結び付く貴重な研究成果であるといえる。
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