2016 Fiscal Year Annual Research Report
無機‐有機材料界面に生じる熱抵抗メカニズム解明とその応用
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16H04282
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
宮崎 康次 九州工業大学, 大学院工学研究院, 教授 (70315159)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高尻 雅之 東海大学, 工学部, 准教授 (50631818)
トランシャン ローラン 九州工業大学, 大学院工学研究院, 特任助教 (50754785)
矢吹 智英 九州工業大学, 大学院工学研究院, 助教 (70734143)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 熱伝導率 / 薄膜 / 有機－無機コンポジット / 熱電変換 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
有機－無機材料として、有機材料にポリイミド薄膜、無機材料にビスマステルライド薄膜を選択して、積層熱電薄膜とし、その膜厚方向（積層界面に垂直方向）の熱伝導率を３オメガ法により測定した。ポリイミド薄膜については、ポリアミック酸をスピンコーターで塗布して熱処理することで膜厚を制御し、ビスマステルライド薄膜については、パルスアークプラズマ蒸着法で膜厚を制御して積層薄膜を生成した。それぞれの膜厚は、触針型膜厚計で測定するとともに、薄膜断面を走査型電子顕微鏡で観察して、ダブルチェックした。上記のように生成、評価した膜厚が異なる薄膜が有する熱抵抗を３オメガ法で測定し、測定された膜厚依存性をもつ熱抵抗から、膜厚０まで外挿することで、ポリイミド－ビスマステルライド界面の有する熱抵抗を得た。測定された熱抵抗は、一般的な無機‐無機界面より10倍以上大きく、一方で有機－無機界面で測定されている値に近いことが確認でき、改めて有機－無機界面のもつ熱抵抗が非常に大きいことが示された。
上記の測定結果から、たった１つの界面が持つ熱抵抗をビスマステルライド膜の膜厚に換算すると、その膜厚は200nmにも達することがわかり、これまでの有機－無機コンポジット薄膜の有効熱伝導率測定値が有効媒質理論で説明される熱伝導率の下限よりはるかに低いことを説明する結果となった。これらの結果より、有機－無機コンポジット薄膜の熱伝導率を予測する手法について手がかりを得た。
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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
計画で挙げたスピンコーティングとアークプラズマ蒸着で有機－無機コンポジット薄膜を生成し、３オメガ法で熱伝導率を測定することについては予定通り進み、既に国際会議での発表申込みも終えた。
ただし、サーモリフレクタンス法にも取り組む予定だったことについては、作業が遅れている。分子動力学計算についても有機材料の熱伝導率については、ノウハウを確立して報告されている熱伝導現象を再計算できるようになっているが、有機－無機界面のメカニズム解明までには踏み込めておらず、進捗を「おおむね順調に進展している」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
積層薄膜の異なる膜厚の組み合わせを実験で進め、有機－無機界面の測定精度について確認するとともに、データーを蓄積する。一方で、遅れているサーモリフレクタンス法による測定にも順次取り掛かる。
数値計算については、分子動力学シミュレーションによるミクロな理解が必須であり、計算ノウハウの確立を目指す。
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