| 研究課題/領域番号 |
21H01259
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分19020:熱工学関連
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| 研究機関 | 九州工業大学 (2023)
東京大学 (2021-2022) |
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研究代表者 |
児玉 高志 九州工業大学, 大学院工学研究院, 教授 (10548522)
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| 研究分担者 |
志賀 拓麿 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (10730088)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)
2023年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2022年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2021年度: 11,180千円 (直接経費: 8,600千円、間接経費: 2,580千円)
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| キーワード | 熱エネルギー工学 / マイクロ/ナノ加工 / カーボンナノチューブ / マルチスケール熱伝導測定 / ナノスケール伝熱 / 熱工学 / 熱電変換 / 分子内包 / 高熱伝導材料 / 高電気伝導線材 / 分子内包効果 / 線材化技術 / マイクロ・ナノ加工 / 熱電変換材料 / ナノ/マイクロ加工 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
カーボンナノチューブ(Carbon nanotube, CNT)は優れた電気・熱伝導性を有する代表的なナノ材料であり、様々な分野で工学応用が期待されている。CNTはバルク構造化によって電気・熱伝導率がそれぞれ大きく低下してしまうことが現在の課題となっているが、その性能劣化は主にナノレベルにおけるCNTの伝導性の変化によって生じていることが、近年の研究で新たに明らかになっている。本研究では、これまでに申請者が開発した単一ナノ構造体やバルク体の伝導測定技術を利用して、様々な材料形態のCNTに対して伝導率の"階層的評価"を行い、複合材料化によるCNTの伝導機構の解明と戦略的な伝導性制御に挑戦する。
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| 研究成果の概要 |
カーボンナノチューブ(CNT)のナノからバルク体まで幅広い材料形態の熱伝導性変化のメカニズム解明を実現するため、CNT液晶紡糸線材の熱伝導率の配向度や嵩密度依存性、電気伝導率との関係性について評価を行った。その結果、線材熱伝導率はそれらと強い相関性を示すこと、ナノスケール熱伝導率測定によって得られた原材料CNTバンドルの飽和熱伝導率と近い値を示すことが新たに明らかになった。さらにバンドル化による性能劣化に関しては、カイラリティの異なるCNTバンドルに対する熱伝導率の分子シミュレーションの結果、カイラリティのミスマッチがバンドル熱伝導率の抑制に影響を与えることを定性的に見出すことに成功した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究で得られたバルクCNT材料の熱伝導性に関する知見は、フレキシブル高熱伝導材料など次世代熱拡散材の性能を向上させるための貴重な設計指針であり、さらには電気伝導率とも強い相関関係が生じていることから、次世代電線といった熱工学を超越した幅広い工学応用に繋がる極めて社会的インパクトの強い研究成果であると考えられる。また、本研究で実証したCNT線材内への直接分子内包による熱電物性の変調現象は、今後、製作されたCNTバルク構造体の性能向上にも結び付く貴重な研究成果であるといえる。
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