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ナノカーボン系超軽量材料による熱スイッチング

研究課題

研究課題/領域番号 19K05058
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分26040:構造材料および機能材料関連
研究機関名古屋大学

研究代表者

上野 智永  名古屋大学, 工学研究科, 助教 (20611156)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2019年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
キーワード熱マネジメント / 熱スイッチング材料 / カーボンナノチューブ / 超軽量材料 / 疎水化処理 / 弾性回復 / 弾性変形 / 熱スイッチ / 弾性 / ナノカーボン / 断熱 / 高伝熱
研究開始時の研究の概要

本研究は, 弾性的に体積変化可能な超軽量材料を作製し, 圧縮による収縮・復元により, 『伝熱』⇔『断熱』を制御できる熱スイッチング材料を実現する. 圧縮による繰り返し変形に耐える超軽量材料を作製し, 断熱性と圧縮時の高熱伝導性を両立させ,大幅な熱伝導率スイッチングを達成する. 本研究では, (1) ナノカーボン材料を基盤とした繰り返し変形に耐える弾性超軽量材料の作製, (2) 断熱性能を向上させるための気体伝熱・輻射伝熱の制御, (3) 高熱伝導化のための圧縮時界面熱抵抗の低減を行う.

研究成果の概要

圧縮負荷および除荷により弾性的に収縮・復元する材料を用いて熱伝導率を可逆的に変化させることができる熱マネジメント材料の創出を行った。カーボンナノチューブをベースに高分子材料とコンポジットさせた密度10 mg/cm3以下の材料を作製した。材料表面を疎水化させるための表面処理を施すことで、収縮・復元の回復率を高めた。これら材料の熱伝導率を評価し、圧縮時には固体伝熱が支配的な熱伝導材料、除荷時には気体伝熱が支配的な断熱材料を得た。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は、伝熱を制御するための新たな熱マネジメント材料を提案するものであり、熱マネジメントが重要とされる電気自動車や家電製品などへの活用が期待される。学術的には、弾性回復する材料を得るための作製指針の獲得や、弾性回復を阻害していた要因を特定できたことに学術的位置がある。また、圧縮負荷および除荷時の材料の熱伝導率を評価し、各状態において支配的な伝熱形態を明かにすることができ、学術的な進展が見られた。

報告書

(4件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 4件、 招待講演 3件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Elastic Recovery Properties of Ultralight Carbon Nanotube/Carboxymethyl Cellulose Composites2021

    • 著者名/発表者名
      K Matsushima, K Ono, R Yanagi, N Shioura, T Segi, T Ueno
    • 雑誌名

      Materials

      巻: 14 号: 14 ページ: 4059-4059

    • DOI

      10.3390/ma14144059

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Light-induced levitation of ultralight carbon aerogels via temperature control2021

    • 著者名/発表者名
      R Yanagi, R Takemoto, K Ono, T Ueno
    • 雑誌名

      Scientific reports

      巻: 11 号: 1 ページ: 12413-12413

    • DOI

      10.1038/s41598-021-91918-5

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 超軽量材料の開発~電磁波遮蔽材料、吸音材料への応用~2021

    • 著者名/発表者名
      上野智永
    • 学会等名
      信州大学 先鋭領域融合研究群次代クラスター研究センター ELab2 センター 第1回講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Functionalization of carbon nanotube based ultra-lightweight materials2021

    • 著者名/発表者名
      Tomoanga Ueno
    • 学会等名
      MRM2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Improving recovery performance of carbon nanotube / carboxymethyl cellulose ultralight material by hydrophobization2021

    • 著者名/発表者名
      Kenta Ono, Kazuki, Matsushima, Tomonaga Ueno
    • 学会等名
      MRM2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 超軽量カーボンナノチューブ/カルボキシメチルセルロース複合材料の表面疎水化による弾性回復特性の向上2021

    • 著者名/発表者名
      大野健太, 上野智永
    • 学会等名
      令和3年度表面技術若手研究者・技術者研究交流発表会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 超軽量カーボンナノチューブ/カルボキシメチルセルロース 複合材料の疎水化処理が弾性回復特性に及ぼす影響2021

    • 著者名/発表者名
      大野健太、松嶋一樹、上野智永
    • 学会等名
      第70回高分子討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 大野健太, 松嶋一樹, 上野智永2021

    • 著者名/発表者名
      超軽量カーボンナノチューブ/カルボキシメチルセルロース複合材料の弾性回復挙動
    • 学会等名
      第67回高分子研究発表会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 超弾性超軽量カーボンナノチューブ/カルボキシメチルセルロース複合材料の作製2020

    • 著者名/発表者名
      松嶋一樹, 瀬木貴裕, 竹本凌大, 上野智永
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春期学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] カーボンナノチューブ超軽量材料の高弾性化2019

    • 著者名/発表者名
      上野智永, 松嶋一樹, 瀬木貴裕
    • 学会等名
      第68回高分子研究発表会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Fabrication of High Recovery Ultralight Materials Using Carbon Nanotube and Low Molecular Weight Carboxymethylcellulose2019

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Matsushima, Naoto Shioura, Tomonaga Ueno
    • 学会等名
      2019 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication of Structural Controlled Carbon Nanotube Ultralight Material2019

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Matsushima, Naoto Shioura, Tomonaga Ueno
    • 学会等名
      Materials Research Meetings 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [図書] カーボンナノチューブの 表面処理・分散技術と複合化事例2019

    • 著者名/発表者名
      上野智永, 松嶋一樹, 瀬木貴裕 (分担執筆)
    • 総ページ数
      456
    • 出版者
      技術情報協会
    • ISBN
      9784861047725
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2023-12-25  

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