| Project/Area Number |
22K14189
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 19020:Thermal engineering-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
Bin Xu 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任助教 (20849533)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
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| Keywords | 界面熱伝導 / ミスマッチ系統 / 自己組織化単相膜 / 二次元材料 / フォノンエンジニアリング / ミスマッチ界面 / グラフェン / ダイヤモンド / 自己組織化単層膜 / 界面 / 熱伝導 |
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| Outline of Research at the Start |
次世代デバイスの高効率な放熱にに向けて、本研究は高熱伝導と機械的コンプライアンスを両立した複合材料を作成するために、最も重要である複合材料を構成する高熱伝導フィラー材と柔らかい母材間の硬さの違いによって生じたフォノン周波数のミスマッチに着目して、フォノン周波数のミスマッチを効率的に架橋し、界面熱伝導を低減させる界面層構造を決定するためのメカニズム解明を行い、フォノンがミスマッチ界面を透過時の弾性と非弾性的の過程の貢献を定量化する。そこに確立した理論に従い、高度な自己組織化単層膜の成長技術及び原子層2次元物質の積層技術を駆使し、界面熱伝導を大幅に促進する界面修飾技術を確立する。
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| Outline of Final Research Achievements |
This research aims to reduce thermal resistance at the interface between filler materials and substrates of different hardness in composite materials, focusing on enhancing heat dissipation. The project evaluates the impact of phonon mismatch between materials on thermal conductivity and seeks to develop design guidelines and control technologies for achieving high thermal conductivity. Methodologies, such as direct measurement of interface thermal resistance and the use of self-assembled monolayer (SAM) modification, 2-dimensional materials, are employed to precisely control the phonon vibrations at the interface. Additionally, molecular dynamics simulations are conducted to compute phonon transmission spectra and frequency distributions, elucidating the mechanisms of thermal conductivity at the interface. This study aims to provide effective solutions for sectors with stringent cooling requirements, such as data centers and electric vehicles.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
この研究は、熱伝導率を向上させることで、データセンターや電気自動車などの産業における放熱問題を解決するための重要な技術的進歩を目指している。学術的には、フィラーと母材間の界面でのフォノンの挙動を理解し、界面熱抵抗を低減するメカニズムの解明に寄与する。特に、単分子膜と原子層材料を用いた新たな界面制御技術の開発は、材料科学の領域において新しい研究の扉を開く可能性がある。社会的には、エネルギー効率の向上と環境負荷の削減に直結し、持続可能な社会の実現に貢献する技術として期待されている。この研究により、高性能で環境に優しい新材料の開発が進むことで、多様な産業分野での応用が期待される。
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