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2009 Fiscal Year Annual Research Report

高機能化SAM膜界面における熱物質輸送に関する分子論的研究

Research Project

Project/Area Number 20760126
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

菊川 豪太  Tohoku University, 流体科学研究所, 助教 (90435644)

Keywords熱工学 / 自己組織化 / 計算物理 / 分子熱流体 / 界面輸送特性 / SAM / 分子動力学 / 熱輸送特性
Research Abstract

本研究では自己組織化単分子膜(SAM)と溶媒との界面における熱物質輸送特性を,分子動力学(MD)シミュレーションを用いて明らかにすることを目的としている.今年度では,固体基板・アルカンチオールSAM・アルカン溶媒系の界面モデルを構築し,界面を介して熱流束を発生させる非平衡分子動力学(NEMD)シミュレーションを行った.このNEMDシミュレーションの結果から,界面垂直方向の熱流束を詳細に分析した.すなわち,熱流束を構成する各成分をミクロな視点で分離し,輸送の支配要因を明らかにした.特に,類似の分子構造を持つ溶媒とSAM内部での熱エネルギー輸送機構の違いに着目した.前年度に金基板-トルエン溶媒界面の界面熱抵抗がアルカンチオールSAMの修飾によって低減することを報告しているが,上記の解析によってその要因が明確になった.SAMを介した界面系全体の熱抵抗は,SAM内部,SAM-溶媒界面という各要素を含んでいるが,特に1分子層によって構成される有機分子薄膜であるSAM内部では,熱伝導率が著しく大きい.これは本研究によって熱エネルギーが分子間相互作用でなく,分子内相互作用(共有結合相互作用)によって,SAM分子内部の炭化水素鎖上を伝わっていくことが要因であることがわかった.これは,工業的にも有機分子薄膜を介した高効率な熱輸送を実現する技術に基礎的な知見を与えるものと考えられる.今後はさらに,工学的に重要な溶媒や異なるSAM分子種間の熱輸送機構を明らかにすることが課題となる.

  • Research Products

    (8 results)

All 2010 2009

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (6 results)

  • [Journal Article] Heat Transfer Characteristics at the SAM Interface with Water and Alkane Solvents2010

    • Author(s)
      G.Kikugawa, T.Ohara, T.Kawaguchi, I.Kinefuchi, Y.Matsumoto
    • Journal Title

      Proceedings of Joint International Symposia on 3rd Micro & Nano Technology and Micro/Nanoscale Energy Conversion & Transport -2010

      Pages: 116-118

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Heat transfer characteristics inside the SAM layer and at the SAM interfaces with organic solvents2009

    • Author(s)
      G.Kikugawa, T.Mochimaru, T.Ohara, T.Kawaguchi, Y.Matsumoto
    • Journal Title

      The Proceedings of Asian Symposium on Computational Heat Transfer and Fluid Flow 2009 Vol.2

      Pages: 225-229

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Heat Transfer Characteristics at the SAM Interface with Water and Alkane Solvents2010

    • Author(s)
      菊川豪太, 小原拓, 川口暢, 杵淵郁也, 松本洋一郎
    • Organizer
      Joint International Symposia on 3rd Micro & Nano Technology and Micro/Nanoscale Energy Conversion & Transport -2010
    • Place of Presentation
      Seoul, Korea
    • Year and Date
      2010-03-22
  • [Presentation] 親和性および非親和性溶媒を用いたSAM界面熱輸送特性の分子動力学解析2009

    • Author(s)
      菊川豪太, 小原拓, 川口暢, 杵淵郁也, 松本洋一郎
    • Organizer
      日本機械学会熱工学コンファレンス2009
    • Place of Presentation
      山口大学(宇部市)
    • Year and Date
      2009-11-07
  • [Presentation] Heat Transfer Characteristics inside the SAM layer and at the SAM in terface2009

    • Author(s)
      菊川豪太, 小原拓, 川口暢, 杵淵郁也, 松本洋一郎
    • Organizer
      The Sixth International Conference on Flow Dynamics
    • Place of Presentation
      Sendai, Japan
    • Year and Date
      2009-11-04
  • [Presentation] SAM修飾による固液界面の界面熱抵抗低減特性2009

    • Author(s)
      菊川豪太, 持丸孝人, 小原拓, 川口暢, 松本洋一郎
    • Organizer
      第30回日本熱物性シンポジウム
    • Place of Presentation
      伝国の杜(米沢市)
    • Year and Date
      2009-10-28
  • [Presentation] Heat transfer characteristics inside the SAM layer and at the SAM interfaces with organic solvents2009

    • Author(s)
      G. Kikugawa, T. Mochimaru, T. Ohara, T. Kawaguch, Y. Matsumoto
    • Organizer
      2nd Asian Symposium on Computational Heat Transfer and Fluid Flow
    • Place of Presentation
      Jeju, Korea
    • Year and Date
      2009-10-21
  • [Presentation] SAM内部およびSAM界面における熱輸送特性の分子動力学的研究2009

    • Author(s)
      菊川豪太, 持丸孝人, 小原拓, 川口暢, 松本洋一郎
    • Organizer
      日本機械学会2009年度年次大会
    • Place of Presentation
      岩手大学(盛岡市)
    • Year and Date
      2009-09-14

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

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