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2009 Fiscal Year Annual Research Report

ナノ構造がエネルギー伝達に及ぼす影響の学理

Research Project

Project/Area Number 19686017
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

芝原 正彦  Osaka University, 工学研究科, 准教授 (40294045)

Keywords固液界面熱抵抗 / 熱伝導率 / ナノ構造 / 分子動力学
Research Abstract

本研究は,界面や物質中にナノ構造を人為的に配置することによって,物質自体を変えることなく,そのナノメートルスケールの幾何的構造だけを変えることによって,固液界面熱抵抗や熱伝導率に及ぼす影響について明らかにすることを目的とした.一般的な固液界面を考えて,完全な平面の場合とナノ構造が界面に存在している場合に,系の温度勾配ならびに界面での温度ジャンプを分子動力学によって計算することにより,巨視的な熱抵抗を計算し,その変化を定量的に評価した.ナノ構造として,ナノ加工を想定し,下壁面とナノ構造と液体分子間のポテンシャルが同一の場合を検討し,界面熱抵抗がどのように変化するかを調べた.さらに,完全平面の熱抵抗とナノ構造が付着した界面の熱抵抗の比が,その表面積比に対してどのように変化するかを調べた結果,固体-液体分子間の相互作用の大きさによっては表面積比を大きく上回る割合で界面熱抵抗が低下することが分かった.
固体中にナノメートルスケールの構造あるいは空孔が存在する場合に,そのスケールや配置によってどのように固体の熱伝導率が変化するかについて,定量的に評価した.さらに,ナノ構造間隔に依存した熱伝導率変化が,分子動力学解析によって計算されたフォノンの状態密度・分散関係とどのような相関があるかを考察した.その結果,規則的に配列するナノ構造はその間隔に依存したフォノン平均自由行程の減少により熱伝導変化に影響を及ぼすが,分散関係の変化は小さいことが分かった.
以上のような知見により,ナノ構造はエネルギー輸送における分子移動による寄与と分子間相互作用による寄与の双方に影響を与え,固体中においては後者が支配的でありその寄与を低下させること,固液界面においては両方が寄与するが,表面積比以上の熱抵抗低下現象は主に分子移動によるエネルギーが促進された場合であることが分かった.

  • Research Products

    (11 results)

All 2010 2009

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (6 results)

  • [Journal Article] ナノ構造間隔が固体熱伝導低下に及ぼす影響に関する分子動力学的研究2010

    • Author(s)
      雑賀達也, 戸嶋隆夫, 芝原正彦
    • Journal Title

      日本機械学会論文集(B編) (印刷中)

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Molecular Dynamics Study on the Effects of Nanostructural Clearances on Thermal Resistance at a Liquid Water-Solid Interface2009

    • Author(s)
      Masahiko Shibahara, Kiyoshi Takeuchi
    • Journal Title

      Proceedings of The 20th International Symposium on Transport Phenomena (CD-ROM)

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Molecular Dynamics Study on the Effects of Nanostructural Clearances on Thermal Resistance at a Liquid Water-Solid Interface2009

    • Author(s)
      Masahiko Shibahara, Kiyoshi Takeuchi
    • Journal Title

      Journal of Physics : Conference Series 191

      Pages: 012008

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Molecular Dynamics Study on the Effects of Nanostructural Clearances on Thermal Resistance at a Liquid-Solid Interface2009

    • Author(s)
      Masahiko Shibahara, Kiyoshi Takeuchi
    • Journal Title

      Proceedings of ASME 2009 2nd Micro/Nanoscale Heat & Mass Transfer International Conference (CD-ROM)

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Molecular Dynamics Study on the Effects of Nanostructural Clearances on Thermal Resistance at a Liquid-Solid Interface2009

    • Author(s)
      Masahiko Shibahara, Kiyoshi Takeuchi
    • Journal Title

      Proceedings of The Fifth Taiwan -Japan-Workshop on Mechanical and Aerospace Engineering (CD-ROM)

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 炭素ナノ粒子の壁面堆積挙動に関する分子動力学的研究2009

    • Author(s)
      戸嶋隆夫, 芝原正彦, 中村摩理子
    • Organizer
      第47回燃焼シンポジウム
    • Place of Presentation
      北海道札幌市
    • Year and Date
      2009-12-04
  • [Presentation] Molecular Dynamics Modeling of a Piling up Behaviour of Carbon Nanoparticles on a Surface2009

    • Author(s)
      Masahiko Shibahara, Takao Toshima, Mariko Nakamura
    • Organizer
      The 4th International Symposium on Atomic Technologies
    • Place of Presentation
      兵庫県神戸市
    • Year and Date
      2009-11-19
  • [Presentation] A Molecular Dynamics Study on the Effects of Nanostructural Clearances on Thermal Resistance at a Liquid-Solid Interface2009

    • Author(s)
      Masahiko Shibahara, Kiyoshi Takeuchi
    • Organizer
      The 4th International Symposium on Atomic Technologies
    • Place of Presentation
      兵庫県神戸市
    • Year and Date
      2009-11-19
  • [Presentation] 壁面ナノ構造物間隔が固液界面熱抵抗へ与える影響2009

    • Author(s)
      竹内清, 芝原正彦
    • Organizer
      熱工学コンファレンス2009
    • Place of Presentation
      山口県宇部市
    • Year and Date
      2009-11-07
  • [Presentation] 炭素ナノ粒子の壁面衝突挙動に関する分子動力学的研究2009

    • Author(s)
      戸嶋隆夫, 芝原正彦, 中村摩理子
    • Organizer
      第46回日本伝熱シンポジウム
    • Place of Presentation
      京都府京都市
    • Year and Date
      2009-06-02
  • [Presentation] ナノ構造間隔が固液界面熱抵抗に及ぼす影響に関する分子動力学的研究2009

    • Author(s)
      竹内清, 芝原正彦
    • Organizer
      第46回日本伝熱シンポジウム
    • Place of Presentation
      京都府京都市
    • Year and Date
      2009-06-02

URL: 

Published: 2011-06-16   Modified: 2016-04-21  

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