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固体界面の接触熱抵抗に関するミクロ・ナノ波動論のアプローチ

研究課題

研究課題/領域番号 14350107
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 熱工学
研究機関京都大学

研究代表者

牧野 俊郎  京都大学, 工学研究科, 教授 (30111941)

研究分担者 若林 英信  京都大学, 工学研究科, 助手 (00273467)
松本 充弘  京都大学, 工学研究科, 助教授 (10229578)
研究期間 (年度) 2002 – 2003
研究課題ステータス 完了 (2003年度)
配分額 *注記
16,900千円 (直接経費: 16,900千円)
2003年度: 4,900千円 (直接経費: 4,900千円)
2002年度: 12,000千円 (直接経費: 12,000千円)
キーワード熱物性 / 熱伝導 / 接触熱抵抗 / その場診断 / 熱の流れ / 超音波 / 分子動力学 / ウェーブレット解析
研究概要

固体表面間の接触熱抵抗は,工業装置の熱設計・安全管理の重要なファクターの1つである.接触熱抵抗現象を熱物性論・波動論に基づいて系統的に解明する基礎研究を進めると同時に,接触熱抵抗の経時変化をその場/インプロセス的に非接触的に診断する手法をあせて研究することが緊要である.平成14〜15年度において,このような立場から次の2種の研究を行った:
第1に,接触熱抵抗を外部からその場・非接触診断するための手法を検討する実験研究を行った.接触面の微視形状は接触する表面への印加圧力と結晶組織の変形に応じて経時変化するため,接触状態の推定法の開発が重要になる.そのための手法として超音波探傷法の応用を考えた.金属・金属接触面[(黄銅・SKD61工具鋼)接触面]の真実接触面積,その接触面における超音波反射・透過とその接触面をよぎる熱通過を測定するマクロ基礎実験を行った.印加荷重をパラメータとして,(超音波反射率・超音波透過率)-(接触熱抵抗/接触熱コンダクタンス)-(真実接触面積)の3種の物理量の関係を定量的に明らかにし,超音波診断の可能性を示唆した.
第2に,接触熱抵抗のミクロ機構を解明するために,分子動力学による計算研究を行った.MEMS系を構成する2種の均質な結晶原子層の界面で起こる接触熱抵抗は界面熱抵抗と呼ばれるが,その詳細な機構を調べるため,粒子質量の異なるモデル結晶の理想界面や,シリコン・シリコン酸化膜界面をよぎる弾性波の減衰伝搬を分子動力学法により計算した.ウェーブレット変換による新しい格子振動解析方法を開発し,弾性波の伝搬が界面で妨げられる現象や振動寿命を振動数の関数として求められることを示した.得られた振動状態密度・伝搬速度・振動寿命から界面熱抵抗を推算した.

報告書

(3件)
  • 2003 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2002 実績報告書
  • 研究成果

    (24件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (24件)

  • [文献書誌] Mitsuhiro Matsumoto: "How to Bridge the Gap Between Photon View and Molecular View"US-Japan Nanotherm Seminar : Nanoscale Thermal Science and Engineering. (2002)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 松本充弘: "結晶界面の熱抵抗の分子動力学シミュレーション"日本機械学会,B編. 第68巻・671号. 1919-1925 (2002)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Mitsuhiro Matsumoto: "Micro-scale Heat Conductance in Solid : How to Bridge the Gap between Photon View and Molecular View"Conference Book : "The Second Kyoto-Seoul National - Tsinghua University Thermal Engineering Conference", Kyoto University. the 2nd. 107-112 (2002)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Toshiro Makino: "Thermal Radiation Spectroscopy Diagnosis for Temperature and Microstructure of Surfaces"JSME International Journal, ser.B. vol.46・no.11. 2501-2509 (2003)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hidenobu Wakabayashi: "Spectroscopic Approach to Radiation Characteristics, Radiation Diagnosis and Radiation Engineering of Surfaces"Conference Book : "Kyoto-Seoul National - Tsinghua University Thermal Engineering Conference, 2003", Kyoto University. the 3rd. 77-84 (2003)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Mitsuhiro Matsumoto: "Micoscale Heat Conduction and Thermal Resistance : Lattice Vibration"International Symposium on Micro and Nano Technology. the 1st. (2004)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Matsumoto, M.: "How to Bridge the Gap between Phonon View and Molecular View"US-Japan Nanotherm Seminar : Nanoscale Thermal Science and Engineering, July 2002..

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Matsumoto, M., Wakabayashi, H., Makino, T.: "Thermal Resistance of Crystal Interface : Molecular Dynamics Simulation"Trans.JSME, ser.B. vol.68, no.671. 2121-2128 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Matsumoto, M., Wakabayashi, H., Makino, T.: "Micro-scale Heat Conductance in Solid : How to Bridge the Gap between Phonon View and Molecular View"Conference Book : "The Second Kyoto-Seoul National-Tsinghua University Thermal Engineering Conference". 107-112 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Makino, T., Wakabayashi, H.: "Thermal Radiation Spectroscopy Technique for Diagnosis of Temperature and Microstructure of Surfaces"JSME International Journal, ser.B. vol.46, No.11. 500-509 (2003)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Wakabayashi, H., Makino, T.: "Spectroscopic Approach to Radiation Characteristics, Radiation Diagnosis and Radiation Engineering of Surfaces"Conference Book : "Kyoto-Seoul National-Tsinghua University Thermal Engineering Conference, 2003". 77-84 (2003)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Matsumoto, M., Ito, Y., Wakabayashi, H., Makino, T.: "Microscale Heat Conduction and Thermal Resistance : Lattice Vibration"Proceedings of the First International Symposium on Micro and Nano Technology, March 2004..

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 松本充弘: "固体Siの熱伝導機構と界面熱抵抗の分子動力学計算"日本伝熱シンポジウム講演論文集. 第40回. 21-24 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 牧野俊郎: "薄膜・下地系の内部界面で放射される熱ふく射波の干渉"日本伝熱シンポジウム講演論文集. 第40回. 192-194 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 松本充弘: "ナノスケールの構造をもつ固体の熱伝導"日本熱物性シンポジウム講演論文集. 第24回. 420-422 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Mitsuhiro Matsumoto: "Microscale Heat Conduction and Thermal Resistance : Lattice Vibration"International Symposium on Micro and Nano Technology. the 1st. (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 松本充弘: "S/SiO_2界面系の固体熱伝導の分子シュミュレーション"日本伝熱シンポジウム講演論文集. 第41回. D144 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 若林英信: "薄膜系と格子系により放射された熱ふく射球面波の干渉"日本伝熱シンポジウム講演論文集. 第41回. G314 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 松本充弘: "固体中のフォノン伝搬のウェーブレット解析"日本伝熱シンポジウム講演論文集. 第39回. 683-684 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Mitsuhiro Matsumoto: "How to Bridge the Gap between Phonon View and Molecular View"US-Japan Nanotherm Seminar : Nanoscale Thermal Science and Engineering. (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 松本充弘: "結晶界面の熱抵抗の分子動力学シミュレーション"日本機械学会論文集(B編). 68巻・671号. 1919-1925 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 松本充弘: "ナノスケールの固体熱伝導:分子シミュレーションとフォノン解析"日本熱物性シンポジウム講演論文集. 第23回. 346-348 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Matsumoto, M.: "Micro-scale Heat Conductance in Solid : How to Bridge the Gap between Phonon View and Molecular View"Conference Book : "The Second Kyoto-Seoul National-Tsinghua University Thermal Engineering Conference", Kyoto University. the 2nd. 107-112 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 松本充弘: "固体Siの熱伝導機構と界面熱抵抗の分子動力学計算"日本伝熱シンポジウム講演論文集. 第40回. A113 (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書

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公開日: 2002-04-01   更新日: 2016-04-21  

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