| 研究課題/領域番号 |
18H03757
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
高松 洋 九州大学, 工学研究院, 教授 (20179550)
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| 研究分担者 |
田中 敬二 九州大学, 工学研究院, 教授 (20325509)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 熱伝導率 / 生体高分子材料 / DNA固体膜 / ポリスチレン / 測定法 / 高機能材料 |
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| 研究実績の概要 |
初年度は，①DNA固体膜の測定に向けたセンサの設計と予備実験，および②測定の妥当性を検証するためのポリスチレンを試料とした実験，を順次行った．
①では，まず，DNA固体膜フィルム試料の作製を行った．シリコンウエハ上に塗布した3%DNA水溶液を乾燥させる操作を10回以上繰り返して厚さ0.5mmの膜を作製した後，それを幅0.4mm程度に切って成形し，最終的には真空乾燥した．次に，センサの設計製作を行った．DNA固体膜の熱コンダクタンスを想定して選定した直径50ミクロンのチタン細線を，約9mm間隔で設けられた銅ブロック電極にハンダ付けしてセンサとした．そして，細線中央の両側にそれぞれ約1mm離れて設けたヒートシンク用銅製ブロックに試料を固定するとともに，試料中央部は細線と熱伝導グリスで固定した．測定は，試料がセンサに交差して両端がヒートシンクに接している状態（X型），一方のヒートシンクを除去して試料の片方のみがヒートシンクに接している状態（T型），および試料を取り外してセンサだけになった状態（I型）の三通りの状態で行った．センサを通電加熱してそれぞれの場合のセンサの平均温度上昇を求め，それらの違いから試料とセンサの熱伝導率を求めた．その結果，DNA固体膜の熱伝導率の測定値は，0.3～0.4 W/(m・K)であった．
②DNA固体膜と同様に，ポリスチレン粉末から作製したポリスチレン固体膜の測定を行った．この場合，センサには直径100ミクロンの白金細線を用いた．ポリスチレン膜の熱伝導率の測定値はほぼ1 W/(m・K)であった．
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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
予定どおりDNA固体膜およびポリスチレンの両方を対象として予備実験の結果が得られたので，研究開始段階としてはおおむね順調に進展していると考えられる．しかし，①得られたセンサの電気的・熱的特性が文献値と異なり，ポリスチレン試料の熱伝導率も文献値の数倍である，②試料の切断が困難であるためヒートシンクを取り外す構造とする必要がある，③本測定法の特長は試料の熱伝導率と接触熱抵抗が同時に求められることにあるが，現段階ではいずれの測定結果もその正確さが不明である，などの問題が明らかになった．その原因は，デバイスの構造および作製法のためどこかに予期せぬ電気抵抗が生じているか熱起電力が生じていることにあると予想されるため，センサの設計と作製法を根本的に見直す必要がある．
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| 今後の研究の推進方策 |
上記の課題を解決するため，まずはデバイスの設計をやり直し，可能な限りハンダ付け部分をなくすとともに，試料からヒートシンクを容易に取り外せる構造とする．そして，新しく考案した本測定法で試料の熱伝導率と接触熱抵抗の両方が同時に求められることを実証するために，まずは白金細線を試料として測定を行ってみることとする．その後，ポリスチレン膜とDNA固体膜の実験を行う．
一方，ポリスチレン膜やDNA固体膜とクモ糸では異なる装置を用いる必要がると思われるため，クモ糸を試料とした測定の準備を開始する．そのため，まずはクモ糸などの生体高分子材料の専門家である理化学研究所の沼田博士との協議を開始する．
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