2019 Fiscal Year Research-status Report
金属有機構造体(MOF)の配向薄膜によるサーマルマネージメント
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19K15292
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
岡田 健司 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30750301)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 有機-無機金属構造体 / Metal-organic framework / 指向性熱輸送 / 自立膜 / 熱拡散率 / 配向 / エピタキシャル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では結晶性かつ多孔性の有機-無機金属構造体(Metal-organic framework: MOF)を新規熱輸送物質として用いることで指向性熱輸送などの自在な熱輸送を目指す。MOFは、有機部位、無機部位が規則的に配列した結晶性の骨格を持ち、その間には均一で方位の揃った分子スケールのミクロ細孔が存在する。ミクロ細孔は断熱的な役割を果たし、周期的な有機部位、無機部位から成る骨格が熱輸送のパスとなると考えられる。第一原理計算によると異方的な骨格構造を有するMOFは熱輸送に指向性を有すことが報告されるなど、新規熱輸送物質とした理論研究が増えている。しかし、一般的にMOFは熱物性測定に不十分なサイズの微結晶粒子でしか得られず実際にMOFによる指向性の熱輸送を実現した研究例はない。研究代表者らは基板上で金属水酸化物を足場としたMOFの配向薄膜形成手法を開拓してきた。本研究では当研究手法を拡張し、熱拡散率の測定に十分なサイズのMOFの配向自立膜の形成に成功した。2種類のMOF自立膜Cu2(BDC)2及びCu2(1,4-NDC)2(DABCO)を作製し、自立膜の面内方向の熱拡散率の角度依存性を評価した。Cu2(BDC)2自立膜では1次元細孔に平行な方位に約1.46倍高い10.4×10-7 m2/sの熱拡散率(垂直方向と比較して)を示した。一方、Cu2(1,4-NDC)2(DABCO)では面内方向の熱拡散率に明らかな指向性は確認されなかった。それぞれのMOFの骨格構造を比較すると、前者は異方的であり、後者は比較的等方的であることから、MOFの熱輸送に分子スケールの骨格構造が寄与していることを実験的に確認した。また、本成果はMOFによる指向性の熱輸送を初めて実証しており、今後様々な骨格構造のMOFを用いた研究を進めることでMOFの熱輸送と骨格構造の相関を明らかにする。
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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
2019年度の研究において、熱拡散率の測定に十分なサイズのMOFの配向自立膜の形成手法の確立したこと、実際にMOFによる指向性の熱輸送を初めて実証したこと、また、MOFの熱輸送には分子スケールの骨格構造が寄与していることを実験的に確認した成果は、当初の計画に大きな齟齬が生じておらず、おおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では、熱拡散率の測定に十分なサイズのMOFの配向自立膜の形成手法を確立し、2種類のMOF自立膜Cu2(BDC)2及びCu2(1,4-NDC)2(DABCO)の作製が可能となった。面内方向の熱拡散異方性を測定することで、MOFによる指向性の熱輸送を初めて実証した。しかし、MOF自立膜に足場として用いている金属水酸化物がわずかに残存しており熱拡散率に少なからず影響があると考えられ、完全なMOF自立膜を作製し同成果を実証する必要がある。また、MOFの熱輸送には分子スケールの骨格構造が寄与していることを実験的に確認したが、様々な骨格構造のMOFを用いた研究を進めることでMOFの熱輸送と骨格構造の相関を明らかにする必要性がある。また、MOFの細孔内に熱輸送特性の高い有機分子や高分子を規則的に導入することで指向性熱輸送特性の向上を目指す。
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| Causes of Carryover |
本年度1月頃に約80万円程度の機器の購入を予定していたが、急遽納品が本年度中に行えことが判明したため翌年度分として請求し、翌年度に購入予定である。また、同様に発表を予定していた学会が中止となったため、翌年度分として請求する。
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