2020 Fiscal Year Annual Research Report
Thermal phononics materials utilizing self-assemblies of polymer-grafted nanoparticles
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18K19108
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
戸木田 雅利 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (30301170)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| Keywords | 熱フォノン / ソフトマテリアル / 自己組織化 / ナノ粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
熱は物質中を拡散して伝導する。ところが，熱の通り道の幅がフォノンの平均自由行程以下の長さになると熱伝導が弾道的になることがシミュレーションで示されている。本研究では、このようなナノサイズの規則構造を大面積に作製すべく、ポリマーグラフトナノ粒子（PGNP）の自己組織化に着目した。さらにマトリクスを高熱伝導性にすべく、①ポリアクリロニトリル（PAN）を表面グラフトしたシリカナノ粒子で規則構造を形成し（SiO2(151)-PAN）、②PANを最高温度８００℃で炭化した（SiO2(151)-C）後に、③シリカ粒子を溶出して、規則的に空孔の空いた炭素材料（NPC(151)）を作製した。ラマン分光法とWAXDからSiO2(151)-CとNPC(151)でPANは層間距離0.74nm、格子定数0.21 nmの構造を形成したグラファイトになっていること（黒鉛化）を確認した。本年度はNPC(151)について赤外線カメラによる熱伝導挙動の観測を行うとともに，グラファイト化の条件について検討した．なぜならば800℃の単価による黒鉛化は一般的な黒鉛化温度である3000℃よりも極めて低いからであり，低温黒鉛化の新たな手法を提案できると考えたからである．結果，粒子径30 nmのシリカ粒子表面にグラフトしたPANでも低温黒鉛化が認められた．種々検討した結果，1平方ナノメートルあたり0.3本以上の密度で表面グラフトされたPAN鎖において，最高温度800℃で炭化による黒鉛化が認められた．ただし，この黒鉛化では結晶サイズが小さいことがラマン分光スペクトルから示唆された．
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