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2021 年度 実績報告書

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 / 整列 / 電界 / 複合材料 / 伝熱シート / 放熱シート / 交流
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することが重要である。ダイヤモンドは、室温中でも2000 W/mKの非常に高い熱伝導率を持ち、電気絶縁性も高い。ダイヤモンド微粒子の電界整列をフレキシブル伝熱シートへ応用することで、フレキシブル、高熱伝導率、電気絶縁の3つの機能を発現させ、高い熱伝導率を持つ絶縁性フレキシブル伝熱シートの作製が可能であると考えられる。本研究では、ダイヤモンド複合伝熱シートにおいて内部構造を最適化し、より高い熱伝導率を達成することを目的とした。
2021年度には、ダイヤモンド微粒子の電界整列性の向上を試みた。微粒子は樹脂よりも比重が大きく、電荷整列の際に沈降して下方向に集積し、熱伝導パスとなるダイヤモンド鎖の形成が確認されなかった。そこで、ダイヤモンド鎖を形成できるように、伝熱シートを立てて形成することで重力の影響を抑止することを試みた。また、沈降抑制のために、樹脂粘度を調整した。これらにより、以下の知見を得た。
①伝熱シート形成の際の粒子沈降を抑制することでシート内の微粒子の存在分布を制御することが可能
②高粘度であるほうが、微粒子-微粒子間のクーロン引力の影響を高めることができる
高熱伝導度の伝熱シート作製には至らなかったものの、微粒子の電界整列制御のための知見を蓄積できたといえる。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Effect of mixing ratio on NO2 gas sensor response with SnO2-decorated carbon nanotube channels fabricated by one-step dielectrophoretic assembly2021

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

      Sensors and Actuators B: Chemical

      巻: 344 ページ: 130257~130257

    • DOI

      10.1016/j.snb.2021.130257

    • 査読あり
  • [学会発表] 電界整列ダイヤモンドフィラー伝熱シート作製におけるフィラー沈降の抑制と熱伝導率向上の検討2022

    • 著者名/発表者名
      陳 映晨, 神村 尊, 清家 清弥, 稲葉 優文, 中野 道彦, 末廣 純也
    • 学会等名
      誘電・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] 電界整列ダイヤモンドフィラー伝熱シート作製におけるフィラー沈降の抑制方法の検討2022

    • 著者名/発表者名
      陳 映晨, 神村 尊, 清家 清弥, 稲葉 優文, 中野 道彦, 末廣 純也
    • 学会等名
      令和4年電気学会全国大会
  • [学会発表] 電界整列伝熱シート作製におけるフィラー粒子沈降が熱伝導率へ与える影響抑制の検討2021

    • 著者名/発表者名
      神村 尊, 陳 映晨, 稲葉 優文, 中野 道彦, 末廣 純也
    • 学会等名
      令和3年 電気学会基礎・材料・共通部門大会
  • [学会発表] 電界整列伝熱コンポジットシート作製におけるフィラー粒子沈降による熱伝導率への影響抑制の検討2021

    • 著者名/発表者名
      神村 尊, 陳 映晨, 清家 清弥, 稲葉 優文, 中野 道彦, 末廣 純也
    • 学会等名
      電気・情報関係学会九州支部第74回連合大会
  • [学会発表] 電界整列ナノコンポジット伝熱シートにおけるアクリル母材の粘度の熱伝導率への影響2021

    • 著者名/発表者名
      陳 映晨, 神村 尊, 清家 清弥, 稲葉 優文, 中野 道彦, 末廣 純也
    • 学会等名
      電気・情報関係学会九州支部第74回連合大会
  • [学会発表] Diamond particle alignment by AC electric field application for thermal conductivity enhancement of heat conduction sheets2021

    • 著者名/発表者名
      Masafumi Inaba, Shohei Hayashi, Henan Li, Mikoto Kamimura, Jun Hirotani, Michihiko Nakano, Junya Suehiro
    • 学会等名
      2021 14th International Conference on New Diamond and Nano Carbons (NDNC)
    • 国際学会
  • [備考] 申請者のホームページ

    • URL

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

URL: 

公開日: 2022-12-28  

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