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Development of thermoelectric performance by two-dimensional organic polymer and novel evaluation technology

Research Project

Project/Area Number 18J21726
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Thermal engineering
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

山口 信義  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2018-04-25 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2020: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywordsナノスケール熱計測 / 有機高分子 / 配向膜 / 熱伝導率測定 / 金属有機構造体 / 熱電変換 / 熱伝導測定 / 有機半導体
Outline of Annual Research Achievements

エレクトロニクス分野では、フレキシブルな材料として有機半導体が注目されており、その熱伝導率評価は製品の熱マネージメントにおける必須項目である。有機半導体材料の多くは、膜厚100 nm未満という極薄膜の形で高度に秩序化された構造を有しており、熱伝導率測定においてはこの極めて小さい膜厚と構造異方性を考慮する必要がある。このような材料に対する有力な測定手法として3ω法が知られているが、従来の3ω法では測定に用いる金属細線を試料上に作製する必要があり、このプロセスにおいて目的とする有機試料が損壊する可能性がある。そこで、本研究では熱伝導率の低いクオーツ基板上へ予め細線を用意し、この上に製膜された有機試料について異方的な熱伝導率を計測することを目的とした。
初めに、本研究で提案する測定手法の妥当性を検証するため、セルロースナノファイバー(CNF)の配向膜をモデル試料として測定した。その結果、CNF配向膜の面直/面内熱伝導率は既報値及び既存の手法によって計測求められた値と良く一致し、本手法の妥当性が確認された。
続いて、実際に本手法を用いて膜厚がナノメートルオーダーの有機極薄膜について熱伝導率測定を行った。特に、ポリスチレンスルホン酸をドープしたポリ3,4-エチレンジオキシチオフェン(PEDOT:PSS, 膜厚70 nm)の薄膜では面内熱伝導率が2.94±0.81 W/mKと従来の測定結果よりも大きな値となった。PEDOT:PSSは膜内での高度な分子配向により高い電気伝導率を示すことが知られており、これが熱伝導率の向上にも寄与している可能性が示唆された。この結果は、本手法によりこれまで明らかにされていなかった有機薄膜の伝熱特性が解明可能であることを示しており、米国物理学協会の発行する学術誌Review of Scientific Instrumentsに掲載された。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (6 results)

All 2021 2020 2019 2018

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (5 results)

  • [Journal Article] Anisotropic thermal conductivity measurement of organic thin film with bidirectional 3ω method2021

    • Author(s)
      Yamaguchi Shingi、Shiga Takuma、Ishioka Shun、Saito Tsuguyuki、Kodama Takashi、Shiomi Junichiro
    • Journal Title

      Review of Scientific Instruments

      Volume: 92 Issue: 3 Pages: 034902-034902

    • DOI

      10.1063/5.0030982

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 金属有機構造体配向膜の熱伝導率とその湿度依存性測定2020

    • Author(s)
      山口信義、志賀拓麿、児玉高志、塩見 淳一郎
    • Organizer
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 二方向 3ω法を用いた金属有機構造体配向膜の熱伝導率測定2020

    • Author(s)
      山口信義、志賀拓麿、児玉高志、塩見 淳一郎
    • Organizer
      第67回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 単層カーボンナノチューブ水平配向膜の熱伝導異方性評価2019

    • Author(s)
      山口信義、恒川一晟、小宅教文、児玉高志、小松夏実、Weilu Gao、河野淳一郎、塩見淳一郎
    • Organizer
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 単層カーボンナノチューブ水平配向膜の熱伝導異方性評価2018

    • Author(s)
      山口信義、小宅教文、児玉高志、小松夏実、Weilu Gao、河野淳一郎、塩見淳一郎
    • Organizer
      第39回日本熱物性シンポジウム
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 共有結合性有機構造体をベースとした熱電材料の熱性能評価2018

    • Author(s)
      山口信義、児玉高志、塩見淳一郎
    • Organizer
      第55回日本伝熱シンポジウム
    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-05-01   Modified: 2024-03-26  

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