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2013 Fiscal Year Research-status Report

熱伝導性を制御した高分子機能性材料の設計

Research Project

Project/Area Number 25420752
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

森川 淳子  東京工業大学, 理工学研究科, 教授 (20262298)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Keywords温度波熱分析法 / 電子線リソグラフィー / 断熱材 / 熱拡散率 / ミクロ対流 / 輻射
Research Abstract

提案者が開発した熱解析のミクロスケールイメージング技術を,高分子複合系断熱材の設計に応用し,複合系のミクロ対流や輻射による熱エネルギー輸送の定量化を行うことを目的とした。本年度はそのための断熱材モデル系の作成方法を電子線リソグラフィーの手法を用いて確立した。この手法を要約すると,リフトオフ法によりクロムマスクを堆積し,濃水酸化カリウム水溶液によるシリコンウエハ[100]面を用いた異方性エッチングによりシリコンモールドを作製,これに高分子溶液をスピンコートし,剥離することにより,0.1 ~30 μmの範囲の径をもつ微細孔が規則的に配列したパターンを転写したフィルムを作成した。このフィルムを多層積層し,孔径を制御した断熱材の微細孔モデルとした。加えて,直径数μmの熱起電力型ミクロセンサーを試作し,ミクロスケールの微細孔1個あたりについての熱拡散率を,温度波熱分析法により測定することに成功した。この方法により,ミクロ界面サイズが増大することで,センサーへ向かって壁部分を伝播する温度波とミクロ界面熱抵抗で減衰されてから伝播してくる温度波の伝播様式が変化する可能性が示唆された。また,マイクロチャネルが付属した微細孔で大気圧下・減圧下・ヘリウム置換条件下で微細孔中心部ミクロセンサーを接触させて温度波熱分析法による測定を行ったところ,測定された見かけの熱拡散率と積算した強度の結果を比較することで,マトリクス内の熱伝導・微細孔内の熱伝導・輻射の寄与が見かけの熱拡散率の測定結果に表れていることがわかった。そして,それら3つの熱伝達様式はミクロ界面サイズに相関して強度を変化させていることが示唆された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

高分子複合系断熱材のミクロ伝熱に関する定量的な解析は、高性能な断熱材設計に必須である。本年度は断熱材モデル系を電子線リソグラフィーの手法により確立することに重点をおき,固体/気体ミクロ界面の熱拡散率のミクロスケール測定を、新規に開発したミクロスケール温度波熱分析法により行なうことに成功した。イメージング技術の適用のための基礎データの構築として、順調な進捗状況である。

Strategy for Future Research Activity

電子線リソグラフィーによるミクロ孔を有する断熱材モデル系の作成,ならびにミクロスケール温度波熱分析法による固体/気体ミクロ界面の熱拡散率の定量化について構築した技術と結果に基付いて,ミクロスケール可視化熱イメージングの手法の開発を行なう。そのための,中赤外線波長領域の光源の選定をすすめ,さらに分光法と組み合わせて2次元あるいは3次元の熱の可視化およびその時分割測定へと開発を進める。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

断熱材のミクロ・マクロ構造の可視化を行なうための赤外光源およびテラヘルツ赤外コンバーターの購入を予定したが,希望する性能を実現するための価格が当初の計画より高額となり, 基金化により次年度の購入を予定することとした。
次年度の当初予算と併せて, 赤外光源あるいはテラヘルツー赤外コンバータ―の導入を予定している。性能設計にあたっての評価を現在進行中である。

  • Research Products

    (11 results)

All 2014 2013 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (5 results) (of which Invited: 4 results) Book (3 results)

  • [Journal Article] Discontinuous Thermal Diffusivity Change due to the Anchoring Transition of a Liquid Crystal on a Perfluoropolymer Surface2014

    • Author(s)
      Michiru Uehara, Satoshi Aya, Fumito Araoka, Ken Ishikawa, Hideo Takezoe, and Junko Morikawa
    • Journal Title

      CHEMPHYSCHEM

      Volume: 15 Pages: 印刷中

    • DOI

      10.1002/cphc.201300975

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 熱分析・熱物性測定法の変遷と期待できる最新技術ー可視化熱分析とミクロ計測ー2014

    • Author(s)
      森川淳子
    • Journal Title

      ポリファイル

      Volume: 600 Pages: 78-83

  • [Journal Article] Optical and thermal characterization on micro-optical elements made by femtosecond laser writing2013

    • Author(s)
      R. Buividas,V. Mizeikis,J. Morikawa, S. Juodkazis
    • Journal Title

      Proc. SPIE 8923, Micro/Nano Materials, Devices, and Systems

      Volume: SPIE 8923 Pages: 89234X-9

    • DOI

      10.1117/12.2033787

  • [Presentation] Influence of surface roughness on local thermal diffusivity measurement with modified temperature wave analysis2013

    • Author(s)
      Akihiro Orie, Junko Morikawa, Toshimasa Hashimoto
    • Organizer
      The 4th International Symposium on Micro and Nano Technology
    • Place of Presentation
      Shanghai Second Polytechnic University, Shanghai, China
    • Year and Date
      20131008-20131012
  • [Presentation] Temperature wave analysis for the precise measurement of thermal diffusivity and thermal conductivity in micro-scale2013

    • Author(s)
      Junko Morikawa, Toshimasa Hashimoto
    • Organizer
      4th International Symposium on Micro and Nano Technology
    • Place of Presentation
      Shanghai Second Polytechnic University, Shanghai, China
    • Year and Date
      20131008-20131012
    • Invited
  • [Presentation] Temperature Wave Analysis for the Precise Measurement of Thermal Diffusivity and Thermal Conductivity2013

    • Author(s)
      Junko Morikawa, Toshimasa Hashimoto
    • Organizer
      the 41st NORTH AMERICAN THERMAL ANALYSIS SOCIETY CONFERENCE
    • Place of Presentation
      Holiday Inn University Plaza, Bowling Green, Kentucky
    • Year and Date
      20130804-20130807
    • Invited
  • [Presentation] Thermal and optical properties of bulk and structured photoresists

    • Author(s)
      Junko Morikawa
    • Organizer
      2014 Cooperative research project at Research Institute of Electronics, Shizuoka University
    • Place of Presentation
      静岡大学電子工学研究所
    • Invited
  • [Presentation] 温度波法による材料の熱伝導性測定

    • Author(s)
      森川淳子
    • Organizer
      ナノファイバー学会第4回年次大会
    • Place of Presentation
      (独)物質・材料研究機構
    • Invited
  • [Book] ナノ・マイクロスケール熱物性ハンドブック2014

    • Author(s)
      長坂雄次、宮崎康次、森川淳子(分担)
    • Total Pages
      500
    • Publisher
      養賢堂
  • [Book] サーマルマネジメント 余熱・廃熱の制御と有効利用2014

    • Author(s)
      柏木孝夫、橋本壽正、森川淳子(分担)
    • Total Pages
      600
    • Publisher
      NTS
  • [Book] 最新 材料の性能・評価技術2014

    • Author(s)
      宮入裕夫、船橋正弘、森川淳子(分担)
    • Total Pages
      842
    • Publisher
      (株)産業技術サービスセンター

URL: 

Published: 2015-05-28  

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