| 研究課題/領域番号 |
16H04282
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| 研究機関 | 九州工業大学 |
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研究代表者 |
宮崎 康次 九州工業大学, 大学院工学研究院, 教授 (70315159)
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| 研究分担者 |
高尻 雅之 東海大学, 工学部, 教授 (50631818)
トランシャン ローラン 九州工業大学, 大学院工学研究院, 特任助教 (50754785)
矢吹 智英 九州工業大学, 大学院工学研究院, 准教授 (70734143)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 熱伝導率 / 薄膜 / 有機ー無機コンポジット / 熱電変換 |
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| 研究実績の概要 |
有機材料にポリイミド薄膜（スピンコーター塗布）、無機材料にビスマステルライド薄膜（パルスアークプラズマ蒸着）として膜厚を制御した積層薄膜を利用して測定した界面熱抵抗の値を用いて、バルク状材料に適用する通常の熱伝導数値計算を実施し、これまで同材料の混合物として得られていた低い熱伝導率が定量的によく説明できることを示した。ポリイミド薄膜の代わりに有機材料をPEDOT:PSS薄膜（スピンコーター塗布）とした場合でも大きな熱抵抗が測定され、無機‐無機材料の界面熱抵抗の10倍程度大きい値となった。この大きな界面熱抵抗値を用いると、ポリイミド－ビスマステルライド混合物薄膜と同様に熱伝導数値計算を実施したところPEDOT:PSS-ビスマステルライド混合物薄膜の低い熱伝導率が定量的によく説明できた。走査型電子顕微鏡（SEM）で界面を観察し、異種材料薄膜間に空隙は観察されなかったため、密着性が高い状態であるにも関わらず大きな界面熱抵抗が発生していることも明らかとした。結果、大きな界面抵抗は、界面の形状に起因しているのではなく、材料の組み合わせ（例えば有機材料と無機材料の大きな特性の違い（比熱、音速など））に起因していると考えられる。このようにナノ粒子混合物薄膜の熱伝導率予測手法として、従来の計算手法と切り口を変えて、界面熱抵抗の概念を導入すると簡便に見かけの熱伝導率を予測できる可能性を示すとともに、有機－無機混合物の塗布による薄膜生成が低い熱伝導率で高い変換効率を示す熱電デバイスの生成に適していることも示した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
有機－無機コンポジットとして、ポリイミド－ビスマステルライドに加え、PEDOT:PSS－ビスマステルライドについても界面熱抵抗を測定し、有機－無機材料界面特有の現象でありうるデーターを取り続けている。これらの成果を関連国際会議で発表した。
測定のダブルチェックのためにサーモリフレクタンス法にも取り掛かるため、出力が安定している温度測定用の可視光レーザーも購入した。さらに有機－無機材料界面の熱抵抗を調べるため、分子動力学ソフトウェアも導入し、計算も開始している。
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| 今後の研究の推進方策 |
数値計算を本格化し、界面熱抵抗発生メカニズム解明に取り組む。サーモリフレクタンス法を修得し、実験データのダブルチェックをするとともに、現象の理解に努める。
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