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グラフェンの特異な配列を用いたファンデルワールス熱伝導のその場計測

研究課題

研究課題/領域番号 21656060
研究種目

挑戦的萌芽研究

配分区分補助金
研究分野 熱工学
研究機関九州大学

研究代表者

生田 竜也  九州大学, 大学院・工学研究院, 技術専門職員 (70532331)

研究分担者 高橋 厚史  九州大学, 大学院・工学研究院, 教授 (10243924)
研究期間 (年度) 2009 – 2010
研究課題ステータス 完了 (2010年度)
配分額 *注記
3,200千円 (直接経費: 3,200千円)
2010年度: 1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
2009年度: 1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
キーワードカーボンナノファイバー / ナノ熱センサ / 界面熱抵抗 / フォノン / MEMS技術 / 熱伝導率
研究概要

微小なグラフェンのカップが数多く積層してできているカップスタック型カーボンナノファイバー(CSCNF)を試料として、そのカップ間隔を人為的に操作することによる熱伝導率の変化を定量的に計測することを目指し、T字一体型プローブ法を応用した「その場」計測を可能とするナノセンサを開発した昨年度に引き続いて今年度も実験的にナノ材料1本の熱計測を行った。CSCNF試料1本の熱伝導率計測から、グラフェン層間の単位面積あたり熱抵抗は10^(-10)[m^2K/W]のオーダーであることがわかった。この値は分子動力学シミュレーションで報告されている10^(-8)に比べて2桁ほど小さい。これはフォノンが弾道的に層間を透過していることを示唆するもので、ナノ材料においては抵抗の足し算ではなくて系全体で熱流を評価すべきものであるとわかった。すなわち、カップ間隔を操作して熱伝導の変化を見る意義は低いとの結論に至った。そこで、実験対象を多層カーボンナノチューブの先端と固体表面の間のファンデルワールス熱伝導へと切り替え、上記ナノセンサによる界面熱抵抗の定量的計測をHRTEM観察を併用しながら実施したところ、グラフェンのc軸方向と金表面の間では10^(-8)[m^2K/W]程度であることがわかった。さらに、a軸方向についても機械的に開いた先端を用いて実験し評価したところ、c軸の場合よりも単位面積あたりで1桁ほど小さい熱抵抗が得られた。この結果は理論的予測とよく一致するものであり、本研究の信頼性が確認されるとともに今後の研究の展開に大きく期待できることとなった。

報告書

(2件)
  • 2010 実績報告書
  • 2009 実績報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて 2011 2010 2009

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] A GRAPHENE CHAIN ACTS AS A LONG-DISTANCE BALLISTIC HEAT CONDUCTOR2011

    • 著者名/発表者名
      Koji Takahashi, Yohei Ito, Tatsuya Ikuta
    • 雑誌名

      Proc.International Heat Transfer Conf (IHTC14) August 8-13, 2010, Washington, DC, USA

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] カーボンナノチューブと固体間の界面熱抵抗に関する実験的研究2010

    • 著者名/発表者名
      廣谷潤, 甲斐聡, 生田竜也, 高橋厚史
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集B編

      巻: 76 ページ: 1412-1419

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] CARBON NANOTUBE THERMAL PROBE USING PLATINUM NANOHOT-FILM2009

    • 著者名/発表者名
      Koji Takahashi, Jun Hirotani, Satoshi Kai, Tatsuya Ikuta
    • 雑誌名

      Proc.ASME 2009 2nd Micro/Nanoscale Heat & Mass Transfer International Conference, Dec.18-22, 2009, Shanghai, China, MNHMT2009-18356 MNHMT2009

      ページ: 1-6

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [雑誌論文] Experimental and numerical studies on ballistic phonon transport of cup-stacked carbon nanofiber2009

    • 著者名/発表者名
      K.Takahashi, Y.Ito, T.Ikuta, X.Zhang, M.Fujii
    • 雑誌名

      Physica B : Condensed Matter Vol 404

      ページ: 2431-2434

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of Underetching on Thermal Conductivity Measurement of Suspended Nanofilm2009

    • 著者名/発表者名
      Yohei Ito, Koji Takahashi, Tatsuya Ikuta, Xing Zhang
    • 雑誌名

      Jpn.J.Appl.Phys. Vol.48, No.5

    • NAID

      210000066801

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Measurement technique of thermal contact resistance of a carbon nanotube tip2010

    • 著者名/発表者名
      Jun Hirotani, Tatsuya Ikuta, Koji Takahashi
    • 学会等名
      The Ninth Asian Thermophysical Properties Conference (ATPC2010)
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 年月日
      2010-10-20
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] ナノスケールの接触熱抵抗に関する実験的アプローチ2009

    • 著者名/発表者名
      廣谷潤, 甲斐聡, 生田竜也, 高橋厚史
    • 学会等名
      熱工学コンファレンス2009
    • 発表場所
      宇部市
    • 年月日
      2009-11-08
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書

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公開日: 2009-04-01   更新日: 2016-04-21  

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