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ナノスケールの界面熱抵抗に関する実験的研究

研究課題

研究課題/領域番号 11J01457
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 熱工学
研究機関九州大学

研究代表者

廣谷 潤  九州大学, 大学院・工学研究院, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2011 – 2012
研究課題ステータス 採択後辞退 (2012年度)
配分額 *注記
1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
2012年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
2011年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
キーワード界面熱抵抗 / カーボンナノチューブ / MEMS / 熱伝達係数 / ナノセンサ
研究概要

カーボンナノチューブ(CNT)といくつかの固体(Pt,SiO_2,Au)との間の界面熱抵抗を計測することで界面熱抵抗の物質依存性を探求した.計測にあたり,SEMの長時間の実験に伴う表面汚染の影響をなくすために,光学顕微鏡を真空装置に組み込んだ新たな実験装置を作製して界面熱抵抗計測結果を得ることができた.また過去に計測したCNTとAu間の界面熱抵抗結果を併せて比較したところ,今回のCNTと固体間(Pt,SiO_2,Au)のように分子間力が支配している界面では,DMMで予測されている界面熱抵抗の物質依存性がないことがわかった.
また白金ホットフィルムの温度変化を利用して,CNTと気体間の熱伝達係数を計測する手法を考案した.実験を行うにあたり,熱伝達係数計測を行うための実験装置を構築した.これを用いCNTと気体間(Air,N2,Ar,He)の熱伝達係数を計測し,気体分子運動論による理論結果との比較検討を行った.大気圧下での実験結果は分子運動論による予測とおよそ良い一致を示した.
さらにCNTをプローブとして使用したナノスケールの表面温度計測法を開発した.実験には白金ホットフィルムにCNTの片端を接合したセンサを用いる。まずCNTを計測したい試料表面に接触させたときのCNT中を通る熱流がゼロとなるようにホットフィルムの加熱量を変化させることによるフィードバック制御を行い,測定対象とCNTプローブの温度を一致させる.これにより、求めたい試料表面の温度をCNTが接合されているホットフィルム部分の温度から求めることができるようになっており、CNT先端と試料表面間の接触熱抵抗の影響を排除した定量的温度測定が可能になった.まず予備試験の結果から,温度の不確かさを含めて誤差は1.0K以下であることを確認し,表面温度測定に有効であることを証明した.さらに,Pt薄膜のラインヒータの長手方向とそれに直交する方向の二方向の温度を測定し,ヒータ上およびヒータ近傍の温度分布を捉えることができた.

報告書

(2件)
  • 2012 実績報告書
  • 2011 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2013 2012 2011

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (5件)

  • [雑誌論文] Measuring the thermal boundary resistance of van der Waals contacts using an individual carbon nanotube2013

    • 著者名/発表者名
      J. Hirotani, et al.
    • 雑誌名

      Journal of Physics : Condensed Matter

      巻: 25 号: 2 ページ: 1-6

    • DOI

      10.1088/0953-8984/25/2/025301

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Experimental study on thermal contact resistance at the end of a carbon nanotube2011

    • 著者名/発表者名
      J.Hirotani, et al
    • 雑誌名

      International Journal of Thermophysics

      巻: 34(12) 号: 12 ページ: 1-10

    • DOI

      10.1007/s10765-011-1137-1

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermal boundary resistance between the end of an individual carbon nanotube and a Au surface2011

    • 著者名/発表者名
      J.Hirotani, et al
    • 雑誌名

      Nanotechnology

      巻: 22 号: 31 ページ: 1-5

    • DOI

      10.1088/0957-4484/22/31/315702

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] カーボンナノチューブ - 周囲気体間の熱伝達に関する実験的研究2012

    • 著者名/発表者名
      廣谷 潤
    • 学会等名
      熱工学コンファレンス2012
    • 発表場所
      熊本
    • 年月日
      2012-11-17
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Thermal Boundary Resistance of Nanoscale van der Waals Contacts between a Carbon nanotube End and Solid Surfaces2012

    • 著者名/発表者名
      Jun Hirotani
    • 学会等名
      The Third International Forum on Heat Transfer (IFHT2012)
    • 発表場所
      Nagasaki (JAPAN)
    • 年月日
      2012-11-14
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 界面熱抵抗の物質依存性に関する実験的研究2012

    • 著者名/発表者名
      廣谷 潤
    • 学会等名
      第49回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      富山
    • 年月日
      2012-05-30
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Experimental Study on the Thermal Boundary Resistance between an Individual Carbon Nanotube End and a Au Surface2011

    • 著者名/発表者名
      廣谷潤
    • 学会等名
      IMECE2011
    • 発表場所
      デンバー(アメリカ)
    • 年月日
      2011-11-17
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] グラフェンの面内及び面外方向の界面熱抵抗に関する実験的研究2011

    • 著者名/発表者名
      廣谷潤
    • 学会等名
      第48回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      岡山
    • 年月日
      2011-06-03
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書

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公開日: 2011-12-12   更新日: 2024-03-26  

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