界面熱抵抗に関する原子スケールでの実験的研究

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23360101
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 熱工学
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 高橋 厚史 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10243924)
• 研究分担者: 西山 貴史 九州大学, 大学院・工学研究院, 助教 (80363381) ; 生田 竜也 九州大学, 大学院・工学研究院, 技術専門職員 (70532331)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 接触熱抵抗 / 界面熱コンダクタンス / カーボンナノチューブ / ナノ熱センサ

研究概要

固体間の界面熱抵抗を定量的に議論するために多層カーボンナノチューブ(CNT)を用いた新しい熱プローブセンサを開発した。CNTの先端が開いている場合と閉じている場合および物質を変えて界面熱コンダクタンスを調べたところ、フォノン解析に基くDiffuse Mismatch Modelの定性的有効性は確認できたが、定量的には整合しないことが明らかになった。CNTのバルク試料を用いた計測からは、弱い分子間力に支配された接触面では透過できなくなる高周波のフォノンの影響が明らかになった。また、本研究で開発した熱プローブセンサを応用してナノスケールの表面温度計測システムを試作し有効性を確認した。

研究成果

• [雑誌論文] Enhanced anisotropic heat conduction in multi-walled carbon nanotubes (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Hayashi, T. Ikuta, T. Nishiyama and K. Takahashi
  • 雑誌名: J. Appl. Phys 巻: 113 ページ: 014301
• [雑誌論文] カーボンナノチューブプローブを用いた表面温度計測法 (2013)
  • 著者名/発表者名: 天野 樹生, 廣谷 潤, 生田 竜也, 西山 貴史,高橋 厚史
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集(B 編) 巻: 79巻799号 ページ: 390-398
• [雑誌論文] Carbon nanotube thermal probe for quantitative temperature sensing (2013)
  • 著者名/発表者名: J. Hirotani, J. Amano, T. Ikuta, T. Nishiyama, K. Takahashi
  • 雑誌名: Sensors and Actuators A : Physical 巻: Vol.199,pp.1-8
• [雑誌論文] Optical absorptance measurement of an individual multiwall carbon nanotube using a T type thermal probe method (2013)
  • 著者名/発表者名: Q.-Y. Li, J.-H. Liu, H. Wang, X. Zhang, and K. Takahashi
  • 雑誌名: Rev Sci Instrum 巻: 84(10) ページ: 104905
• [雑誌論文] Experimental Study on Thermal Contact Resistance at the End of a Carbon Nanotube (2013)
  • 著者名/発表者名: J. Hirotani, T. Ikuta, K. Takahashi
  • 雑誌名: International Journal of Thermophysics 巻: Vol.34,Issue12 ページ: 2351-2360
• [雑誌論文] Experimental Study on Thermal Contact Resistance of Multi-Walled Carbon Nanotubes (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Tsuru, Y. Yamada, T. Ikuta, T. Nishiyama, K. Takahashi
  • 雑誌名: Proc. ASME 2013 4th Int. Conf. Micro/Nanoscale Heat and Mass Transfer, December 11-14, 2013, Hong Kong, China 巻: MNHMT2013-22078
• [雑誌論文] APPLICATIONS OF NANO HOT-FILM SENSOR FOR MICRO/NANOSCALE THERMAL MEASURMENT (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Takahashi, J. Hirotani, T. Nishiyama, T. Ikuta, H. Takamatsu
  • 雑誌名: Proc. the ASME 2012 3rd Micro/Nanoscale Heat & Mass Transfer Int. Confe., March 3-6, 2012, Atlanta, GA, USA 巻: MNHMT2012-75030
• [雑誌論文] Thermal Boundary Conductance between Multi-walled Carbon Nanotubes (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamada, T. Nishiyama, T. Yasuhara, K.Takahashi
  • 雑誌名: Journal of Thermal Science and Technology 巻: Vol.7No.1 ページ: 190-198
• [雑誌論文] EDGE EFFECT ON PHONON TRANSPORT IN SUSPENDED AND SUPPORTED GRAPHENE NANORIBBONS (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Kimura, T. Matsuzaki, K. Takahashi
  • 雑誌名: Computational Thermal Sciences 巻: 4(3) ページ: 193-199
• [雑誌論文] Measuring the Thermal Boundary Resistance of van der Waals Contacts Using an Individual Carbon Nanotube (2012)
  • 著者名/発表者名: J. Hirotani, T. Ikuta, T. Nishiyama and K. Takahashi
  • 雑誌名: Journal of Physics : Condensed Matter 巻: 25 ページ: 025301
• [雑誌論文] Thermal boundary resistance between the end of an individual carbon nanotube and a Au surface (2011)
  • 著者名/発表者名: J. Hirotani, T. Ikuta, T. Nishiyama and K. Takahashi
  • 雑誌名: Nanotechnology 巻: 22 ページ: 315702
• [雑誌論文] Experimental study on the influences of grain boundary scattering on the charge and heat transport in gold and platinum nanofilms Heat and Mass (2011)
  • 著者名/発表者名: H.-D. Wang, J.-H. Liu, X. Zhang, Z.-Y. Guo, K. Takahashi
  • 雑誌名: Transfer/Waerme- und Stoffuebertragung 巻: Vol.47,Issue8 ページ: 893-898
• [学会発表] Microfabrication techniques for nanoscale heat transfer (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Takahashi
  • 学会等名: The 4th International Symposium on Micro and Nano Technology
  • 発表場所: Shanghai, China
  • 年月日: 20131008-12
• [学会発表] Anisotropic Thermal Transport and Metrological Application of Multiwalled Carbon Nanotube (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Takahashi
  • 学会等名: The 10th Asian Thermophysical Properties Conf. (ATPC2013)
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 20130929-1003
• [学会発表] Fluctuating Electromagnetics for Thermal Contact Conductance, 8th International Conference on Surfaces (2013)
  • 著者名/発表者名: J. Amano and K. Takahashi
  • 学会等名: Coatings and NanoStructured Materials (NANOSMAT)
  • 発表場所: Granada, Spain
  • 年月日: 20130922-25
• [学会発表] Experimental Techniques using Nano Hot-film for Micro/Nanoscale Heat Transfe (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Takahashi
  • 学会等名: ASME 11th Int. Conf. Nano/ Micro/Minichannels
  • 発表場所: Sapporo, Japan
  • 年月日: 20130616-19
• [学会発表] Thermal Boundary Resistance of Nanoscale van der Waals Contacts between a Carbon Nanotube End and Solid (2012)
  • 著者名/発表者名: J. Hirotani, T. Ikuta, T. Nishiyama, K. Takahashi
  • 学会等名: Third International Forum on Heat Transfer
  • 発表場所: Nagasaki, Japan
  • 年月日: 20121113-15
• [学会発表] EFFECT OF NANOSCALE STRUCTURE ON THERMAL CONTACT RESISTANCE OF CARBON NANOTUBES (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamada, T. Nishiyama, T.Ikuta, K. Takahashi
  • 学会等名: ASME 2012 Summer Heat Transfer Conference HT2012
  • 発表場所: Rio Grande, Puerto Rico
  • 年月日: 20120707-12
• [学会発表] K. Takahashi, Carbon nanotube thermal probe (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Takahashi
  • 学会等名: 7th US-Japan Joint Seminar on Nanoscale Transport Phenomena - Science and Engineering
  • 発表場所: Shima, Japan
  • 年月日: 2011-12-14
• [学会発表] EXPERIMENTAL STUDY ON THE THERMAL BOUNDARY RESISTANCE BETWEEN AN INDIVIDUAL CARBON NANOTUBE END AND A AU SURFACE (2011)
  • 著者名/発表者名: J. Hirotani, T. Ikuta, T. Nishiyama, K. Takahashi
  • 学会等名: Proc. ASME 2011 International Mechanical Engineering Congress and Exposition
  • 発表場所: Denver, CO, USA
  • 年月日: 2011-11-16
• [学会発表] Thermal Boundary Resistance of an Individual Carbon Nanotube (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Takahashi
  • 学会等名: 5th Korea-Japan Joint Seminar on Heat Transfer
  • 発表場所: Busan, Korea
  • 年月日: 2011-05-27