2018 Fiscal Year Annual Research Report
Thermal functionalization of cellulose nanofibrils by phonon engineering
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17K18837
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
塩見 淳一郎 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (40451786)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
児玉 高志 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任准教授 (10548522)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2019-03-31
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| Keywords | セルロースナノフィブリル / 熱伝導 / フォノンエンジニアリング / 縮流効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
セルロースナノフィブリル（Cellulose Nano Fibril、以下CNF）から構成される様々な構造のフィラメントおよびエアロゲルの熱伝導率を評価した。なお、フィラメントは前年度に引き続き、縮流チェネルを用いて作製した。熱伝導計測は対称とする構造に依って複数の定常熱伝導計測法を用いて行ったが、特に特徴的な手法としては、T型ジャンクション法を用いた。２つの熱浴間に架橋したプラチナワイヤーの中央にCNFフィラメント試料の片端を熱的に接合し、プラチナワイヤーを定常的にジュール発熱させた際のCNFフィラメント試料による温度低減を通じて熱伝導率を計測した。並行して、前年度の分子シミュレーションモデルをさらに高度化した。特に、複数のCNFがイオンや水素結合を介して接触・接合した際の界面熱伝導の計算を重点的に行った。さらに、マルチスケールの構造やマルチフィジックスの熱物性（伝導、対流、放射の異なる物理に起因する熱輸送）も取り扱えるようにメゾススケールのモデル解析手法も開発した。計測する熱伝導率と分子動力学法による解釈を繋げるために、特にCNFフィラメントに対して、X線散乱や近接場赤外吸収などの測定を広域に行い、CNFの配向度や表面の結合や化学状態を評価した。前年度に引き続き、CNFフィラメントに外力を与えて構造を変化させる手法を適用しながら、チャネルで縮流する際に加える塩の種類などについて原理原則にもとづいたパラメータ探索を行った結果、塩として塩化鉄を加えた場合に、10W/mKを超える非常に大きな熱伝導率を有するCNFフィラメントが得られることがわかった。これは、多階層スケールのフォノン輸送（CNF内⇒CNF間⇒CNF集合体）を相補的に制御できたことによって実現されたと考えられる。
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