2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of metal nanowire suspension for heat control of high thermal source and their basic properties
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16H03843
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| Research Institution | The University of Shiga Prefecture |
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Principal Investigator |
B JEYADEVAN 滋賀県立大学, 工学部, 教授 (80261593)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井門 康司 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40221775)
岩本 悠宏 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30707162)
山崎 晴彦 同志社大学, 研究開発推進機構, 助教 (10780900)
山口 博司 同志社大学, 理工学部, 教授 (80191237)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 金属ナノワイヤ / 熱伝導 / 磁性流体 / 銅ナノワイヤ / 銀ナノワイヤ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
代表者は、29年度はCu-Niナノワイヤ（NW)の生成後にニッケル(Ni)の被覆が起こることが確認し、この段階で、Niの被覆を制御しNW中の銅の組成向上及び直径の減少を可能にした。しかし、大気中での安定性が問題となり、異なる合成プロセスを用いた銅のNW合成を試みた。
磁性流体中に銀NWが分散する場合，磁場印加により銀NWが見かけ上磁化し，印加磁場方向に配向する。分担者 井門・岩本は，平成２８年度に作製した磁場印加型暗視野顕微鏡を用いて，その配向に影響するパラメータである銀NWの直径や長さ，溶媒が異なるNWD-MFFの可視化を実施し，その配向過程を明らかにした。これにより，熱伝導異方性を誘起する最適条件の把握のための基礎データを得た。さらに，磁性流体中の銀NWの動的な運動挙動を理論解析し，２体の銀NWの磁気的相互作用が銀NWの運動挙動に与える影響を明らかにした。以上より，平成29年度の研究実施計画を十分に達成した。
分担者 山口・山崎は，外部磁場印加による高異方性熱伝導率誘起の最適条件を把握するために、NWD-MFFの母液の熱伝導率差に着目し、熱伝導率が水系NWD-MEFと比べ4.2倍低い値を有する油系NWD-MEFの熱伝導率増加率を計測した。その結果、同じ銀NW条件において、水系NWD-MEFの熱伝導率増加率が11.4%に比べ、油系NWD-MEFの熱伝導率増加率23.5%と約2倍程度熱伝導率増加率が増加することが確認できた。これは、母液の熱伝導率が低いため、磁場下における銀NWの架橋による熱伝導率の増加の影響がより顕著になったためであると考えられる。また、工学的応用を目指した新規熱流制御装置の試作を行った。本装置は、冷却対象物の熱流束・熱量および温度分布の計測が可能なもので、本装置を使用することで、リチウムバッテリに対するNWD-MEFの性能評価が行うことが可能である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
磁性流体中に非磁性体である銀ナノワイヤ(NW)が分散する場合，磁場印加により銀NWが見かけ上磁化し，印加磁場方向に配向するものと予想される。そこで、２８年度はNW分散磁気機能性流体の作成に必要な直径や長さの異なる銀NWの合成に代表者成功している。それには加えて、ニッケル被覆銅ワイヤの合成技術の開発も行った。さらにニッケル被覆膜厚の調整や大気中に安定な銅ナノワイヤの開発を目指して合成機構解明について２９年度研究を行なった。
分担者 井門・岩本は，平成２８年度に作製した磁場印加型暗視野顕微鏡を用いて，その配向に影響するパラメータである銀ナノワイヤの直径や長さ，溶媒が異なるNWD-MFFの可視化を実施し，その配向過程を明らかにした。これにより，熱伝導異方性を誘起する最適条件の把握のための基礎データを得た。さらに，磁性流体中の銀ナノワイヤの動的な運動挙動を理論解析し，２体の銀ナノワイヤの磁気的相互作用が銀ナノワイヤの運動挙動に与える影響を明らかにした。
分担者 山口・山崎は，外部磁場印加による高異方性熱伝導率誘起の最適条件を把握するために，NWD-MFFの母液の熱伝導率差に着目し，熱伝導率が水系NWD-MFFと比べ4.2倍低い値を有する油系NWD-MFFの熱伝導率増加率を計測した。その結果，同じ銀ナノワイヤ条件において，水系NWD-MFFの熱伝導率増加率が11.4%に比べ，油系NWD-MFFの熱伝導率増加率は23.5%と約2倍程度熱伝導率増加率が増加することが確認できた。また、工学的応用を目指した新規熱流制御装置の試作を行った。本装置は，冷却対象物の熱流束・熱量および温度分布の計測が可能なもので，本装置を使用することで，リチウムバッテリに対するNWD-MFFの性能評価が行うことが可能である。
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| Strategy for Future Research Activity |
代表者は、NWの合成や分散に関する研究を本年度も継続して行う。特に室温から200 °Cの間でその場UV-visおよびXAFSスペクトル測定可能なセルを用いて測定を行った結果を参考に、NW生成の解明に関するさらなる調査や物性の異なる銅および銀被覆銅NW生成に関する研究を行う。
分担者 井門・岩本は，引き続き熱伝導異方性を誘起する最適条件を把握するため，平成２８年度に作製した磁場印加型暗視野顕微鏡とハイブリッド数値解析により銀ナノワイヤ分散NWD-MFF内マイクロ構造を実験的・数値解析的に可視化を行う。特に銀ナノワイヤを高濃度に分散した供試流体の内部構造を実験的に可視化することで，ナノワイヤの形状や濃度がその分散性や熱伝導異方性の誘起に与える影響を明らかにする。また，数値解析として固体と流体との相互作用を考慮した離散粒子法と格子ボルツマン法，熱伝導方程式を解く有限体積法を連成した解析コードを開発し，磁場下で形成するマイクロ構造の動的運動過程と熱伝導異方性を明らかにする。以上の研究成果を基に，高異方性熱伝導率誘起の最適な条件を見出す。
分担者 山口・山崎は、一昨年度購入した定常パラレル法に基づく磁場印加型異方性熱伝導率計測装置を用いて，NWD-MFFの熱伝導率異方性の評価をするとともに、代表者と連携し、さらなる熱伝導率異方特性の向上を目指す。特に最終年度は磁性微粒子とナノワイヤの相互混合割合に着目し、調査を行う。また、リチウムバッテリの最適温度制御を念頭とした蓄熱および放熱を精密に制御する冷却装置を提案すべく、昨年度購入した熱流制御装置用評価装置を用いて、リチウムイオン電池のモデル実験を行い、本事業により提案した金属ナノワイヤ流体の有用性およびパフォーマンスを評価する。
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