Understanding and control of electron and phonon transport in hierarchical structure of carbon nanotubes
| 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 |
児玉 高志 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 | ナノスケール伝熱 / 熱工学 / 熱電変換 / カーボンナノチューブ / 分子内包 / マイクロ/ナノ加工 / 熱エネルギー工学 / 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 Annual Research Achievements |
本申請研究では、カーボンナノチューブ(Carbon nanotube, CNT)のバンドル化や分子内包といった”複合ナノ構造化”によるナノレベルにおける物性変化がCNTバルク構造体の熱物性に与える波及効果の学理解明を目的としている。最終年度に当たる2023年度は、これまでの助成期間で開発、および確立したマイクロデバイス定常法と線材熱伝導率測定法を利用し、製作した液晶紡糸線材の熱伝導率の配向度や嵩密度依存性、電気伝導率との関係性について評価を行った。その結果、線材熱伝導率は配向度、線密度、電気伝導率と強い相関性を示していること、ナノスケール熱伝導率測定によって得られた原材料熱伝導率のバンドル径依存性実験によって得られたバンドル構造化による飽和熱伝導率とおおよそ近い値を示すことなどを新たに明らかにした。さらにバンドル化による性能劣化に関しては、構成カイラリティの異なるCNTバンドルに対する熱伝導率の分子シミュレーションの結果、カイラリティのミスマッチがバンドル熱伝導率の抑制に影響を与えることを定性的に見出すことに成功したが、実験で観察された１桁以上の大きな熱伝導率の抑制効果はシミュレーション上では観察されなかった。ゆえに線材の熱伝導率をさらに向上させるためには、バンドル径の制御など使用する原材料の選別を行い、実験によって実証することが不可欠であると考えられる。また、CNTの分子内包効果に対しては、これまでナノレベルのCNTバンドルに対してのみ観察されていた熱電変換特性の変調現象は、バルク線材に対して直接分子内包を行う手法で線材の電気・熱伝導率やゼーベック係数を変調させることが可能であることを世界で初めて実証することに成功した。ゆえに直接バルク構造体に対して分子内包を行うことで、バルクCNT材料の性能向上が可能であるという貴重な知見を見出すことを助成期間内に達成することができた。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(16 results)
