| 研究実績の概要 |
本申請研究では、カーボンナノチューブ(Carbon nanotube, CNT)のバンドル化や分子内包といった”複合ナノ構造化”によるナノレベルにおける物性変化がCNTバルク構造体の熱物性に与える波及効果の学理解明を目的としている。最終年度に当たる2023年度は、これまでの助成期間で開発、および確立したマイクロデバイス定常法と線材熱伝導率測定法を利用し、製作した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、線材熱伝導率は配向度、線密度、電気伝導率と強い相関性を示していること、ナノスケール熱伝導率測定によって得られた原材料熱伝導率のバンドル径依存性実験によって得られたバンドル構造化による飽和熱伝導率とおおよそ近い値を示すことなどを新たに明らかにした。さらにバンドル化による性能劣化に関しては、構成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が、実験で観察された１桁以上の大きな熱伝導率の抑制効果はシミュレーション上では観察されなかった。ゆえに線材の熱伝導率をさらに向上させるためには、バンドル径の制御など使用する原材料の選別を行い、実験によって実証することが不可欠であると考えられる。また、CNTの分子内包効果に対しては、これまでナノレベルのCNTバンドルに対してのみ観察されていた熱電変換特性の変調現象は、バルク線材に対して直接分子内包を行う手法で線材の電気・熱伝導率やゼーベック係数を変調させることが可能であることを世界で初めて実証することに成功した。ゆえに直接バルク構造体に対して分子内包を行うことで、バルクCNT材料の性能向上が可能であるという貴重な知見を見出すことを助成期間内に達成することができた。
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