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2020 年度 実施状況報告書

絶縁・フレキシブル・高熱伝導なダイヤモンド複合伝熱シート

研究課題

研究課題/領域番号 20K14777
研究機関九州大学

研究代表者

稲葉 優文  九州大学, システム情報科学研究院, 助教 (20732407)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
キーワードダイヤモンド / 誘電泳動 / 電界整列 / 放熱シート
研究実績の概要

デバイスと、ヒートシンクなどの放熱構造の間には、表面の粗さに起因する空隙層が存在するため、熱が伝わりにくい。これを克服するには凹凸に追従し、高い熱伝導率をもつフレキシブル伝熱シートが要求される。フレキシブル伝熱シートには、柔軟性を持つ樹脂に、高熱伝導率のフィラーを混入した複合材料が用いられるが、フィラーの高充填化は柔軟性の低下、フィラーの使用量増加による高コスト化につながり好ましくない。高熱伝導率のフィラーを、充填率を抑えつつ混入することで、高い熱伝導率と柔軟性、さらにデバイスとの電気絶縁が同時に達成できれば、非常に有望なフレキシブル伝熱シートが実現でき、半導体デバイスのサーマルマネジメントに大きく貢献できる。ダイヤモンドは、室温中でも2000 W/mKのフォノン伝導による非常に高い熱伝導率を持ち、電気絶縁性も高い。そこで、高熱伝導率・絶縁性のダイヤモンド微粒子の誘電泳動技術の確立と、そのフレキシブル伝熱シートへの応用を本研究の目的とした。
ダイヤモンド微粒子が、アクリル樹脂溶媒中で整列するかを確認するため、平面方向に電界が生じる電極上にダイヤモンド微粒子懸濁アクリル樹脂溶媒を滴下し、挙動を観察した。数分の電圧印加でダイヤモンド微粒子が鎖状に連なった構造を形成することが確認できた。このとき、印加電圧は、3kV, 4kHzの交流とした。次に、ダイヤモンド微粒子を面直方向に整列する系にて、伝熱シートを作製した。このとき、ダイヤモンドフィラーは60 wt%となるように調製した。電圧印加により、直径30 μmのダイヤモンド微粒子混合伝熱シートの熱伝導率は0.6 W/mKから1.0 W/mKに向上した。この値はアクリル樹脂の場合(0.22 W/mK)のおよそ5倍であり、ダイヤモンド微粒子フィラーにより熱伝導率向上の効果が確認できた。

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

研究計画に沿って進行している。

今後の研究の推進方策

今後の目標として、1)低い充填率で同等の熱伝導率を達成すること、2)電界印加を工夫し、さらに高い熱伝導率を達成することが挙げられる。これに向けて、電界整列をより効果で記に実施する電極系の構築を図る。

次年度使用額が生じた理由

概ね使い切っている。繰越額は2021年度の消耗品購入に充当する予定である。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Rapid and low-cost amplicon visualization for nucleic acid amplification tests using magnetic microbeads2021

    • 著者名/発表者名
      Nakano Michihiko、Inaba Masafumi、Suehiro Junya
    • 雑誌名

      The Analyst

      巻: - ページ: ~

    • DOI

      10.1039/D0AN02349C

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Response properties of nitrogen dioxide gas sensors with tin oxide decorated carbon nanotube channel fabricated by two-step dielectrophoretic assembly2020

    • 著者名/発表者名
      Inaba Masafumi、Kono Masaki、Oda Takenori、Phansiri Nisarut、Nakano Michihiko、Suehiro Junya
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 10 ページ: 055223~055223

    • DOI

      10.1063/5.0008188

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A New Scheme for Residual CF4 Detection in Gas-Insulated Switchgear Using Plasma-induced CF4 Decomposition into CO22020

    • 著者名/発表者名
      Phansiri Nisarut、Maenosono Daichi、Inaba Masafumi、Nakano Michihiko、Suehiro Junya、Sato Hidefumi
    • 雑誌名

      2020 8th International Conference on Condition Monitoring and Diagnosis (CMD)

      巻: 1 ページ: 54~57

    • DOI

      10.1109/CMD48350.2020.9287294

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Application of 2DHG Diamond p-FET in Cascode With Normally-OFF Operation and a Breakdown Voltage of Over 1.7 kV2020

    • 著者名/発表者名
      Bi Te、Niu Junxiong、Oi Nobutaka、Inaba Masafumi、Sasaki Toshio、Kawarada Hiroshi
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Electron Devices

      巻: 67 ページ: 4006~4009

    • DOI

      10.1109/TED.2020.3019020

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Applications of dielectrophoresis in life science2020

    • 著者名/発表者名
      Nakano Michihiko、Inaba Masafumi、Suehiro Junya
    • 雑誌名

      Electrophoresis Letters

      巻: 64 ページ: 15~18

    • DOI

      10.2198/electroph.64.15

  • [学会発表] ダイヤモンド微粒子を電界整列させた伝熱シートの熱伝導率評価2021

    • 著者名/発表者名
      稲葉 優文, 李 赫男, 神村 尊, 中野 道彦, 末廣 純也
    • 学会等名
      第34回ダイヤモンドシンポジウム
  • [学会発表] 電界整列法によるダイヤモンドフィラー伝熱シートに関する母材と熱伝導率向上の検討2021

    • 著者名/発表者名
      神村 尊, 李 赫男, 稲葉 優文, 中野 道彦, 末廣 純也
    • 学会等名
      誘電体・絶縁材料/放電・プラズマ・パルスパワー/高電圧 合同研究会,
  • [学会発表] 電界整列法によるダイヤモンドフィラー伝熱シートに関する熱伝導率向上の検討2021

    • 著者名/発表者名
      神村 尊, 李 赫男, 稲葉 優文, 中野 道彦, 末廣 純也
    • 学会等名
      令和3年電気学会全国大会
  • [学会発表] 電界整列法で作製したダイヤモンドフィラー複合伝熱シートの熱伝導特性シミュレーション2020

    • 著者名/発表者名
      神村 尊, 李 赫男, 稲葉 優文, 中野 道彦, 末廣 純也
    • 学会等名
      第73回電気・情報関係学会九州支部連合大会
  • [学会発表] アクリル樹脂シートに混合したダイヤモンド微粒子の電界整列と熱伝導特性への影響2020

    • 著者名/発表者名
      李 赫男, 神村 尊, 稲葉 優文, 中野 道彦, 末廣 純也
    • 学会等名
      第73回電気・情報関係学会九州支部連合大会
  • [備考] 個人のホームページ

    • URL

      https://masafumi-inaba.jimdofree.com/

  • [備考] 九州大学の教員データベース

    • URL

      https://hyoka.ofc.kyushu-u.ac.jp/search/details/K007168/index.html

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公開日: 2021-12-27  

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