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2014 年度 実績報告書

弾道的熱輸送のその場観察とナノ流体応用

研究課題

研究課題/領域番号 25289041
研究機関九州大学

研究代表者

張 興  九州大学, カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所, 主任研究者 (40236823)

研究分担者 高橋 厚史  九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10243924)
高田 保之  九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70171444)
迫田 直也  九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30532337)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワードカーボンナノチューブ / 熱物性 / ラマン分光 / MEMS / フォノン
研究実績の概要

フォノンの平均自由行程が非常に長いがゆえに室温でも1ミクロン程度で長さ依存性が発現すると予測されているカーボンナノチューブ(CNT)の熱伝導率に関する実験的研究を昨年度に引き続いて行った。単層CNTの実験と並行して、今年度は多層CNTと単層グラフェンについても計測を行った。多層CNTについては、単層CNTと同様に50ミクロン幅の溝上に懸架された状態にしたうえで、新しくレーザーフラッシュ-ラマン分光法を開発して非接触で熱伝導率を調べることに成功した。グラフェンについては、CVDで合成した試料をシリコン基板に転写したうえでMEMS技術でその基板に溝を設けながら幅169nm長さ846nmのサイズの試料が架橋するように加工して、直接通電加熱によって熱伝導率の温度依存性を計測することに成功した。

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

単層CNTについてはやや予定から遅れているものの、多層CNTを用いた新しい計測法の開発に成功し、単層グラフェンの計測についても見通しが立ったため、全体としてはおおむね順調である。

今後の研究の推進方策

引き続き、弾道的熱輸送が発現すると考えられるカーボンナノチューブとグラフェンの熱伝導率計測を進める。ナノチューブについてはRAMAN分光を用いて、単層グラフェンについては数100ミクロンといった長尺の試料を懸架することは難しいので、シリコン基板に転写し密着した状態から等方性エッチングと臨界点乾燥によってT型センサと一体的に懸架状態へと形成して熱伝導率の長さ依存性を把握する。これらによって得たデータをナノ流体に応用した場合の実験結果と比較して、最終的には産業的に有用な形で体系化する。

次年度使用額が生じた理由

既存のラマン分光装置の精度を向上させるために購入を予定していた機器の性能が不十分であることが判明したため、同等の代替機を自作する作業を複数年度に渡って行っている。また、それを補完する実験システムの構築も継続的に行っているため次年度使用額が生じている。

次年度使用額の使用計画

ラマン装置の改良については海外の専門家とも連携しながら継続するが、並行して、集束イオンビームやMEMS技術を組み合わせてグラフェンなどのナノ材料にサイズ変化を与えた上で熱伝導率を計測するという実験に取り組むことで当初の目的を達成できる予定である。そのための物品費・共同利用装置使用料・旅費等に経費をあてる。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (4件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Laser flash-Raman spectroscopy method for the measurement of the thermal properties of micro/nano wires2015

    • 著者名/発表者名
      Jinhui Liu, Haidong Wang, Yudong Hu, Weigang Ma, Xing Zhang
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments

      巻: 86 ページ: 014901

    • DOI

      doi: 10.1063/1.4904868

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Temperature dependent thermal conductivity of a suspended submicron graphene ribbon2015

    • 著者名/発表者名
      Qin-Yi Li, Koji Takahashi, Hiroki Ago, Xing Zhang, Tatsuya Ikuta, Takashi Nishiyama, Kenji Kawahara
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 117 ページ: 065102

    • DOI

      DOI:10.1063/1.4907699

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Raman measurement of heat transfer in suspended individual carbon nanotube2015

    • 著者名/発表者名
      Hai-Dong Wang, Jinhui Liu, Xing Zhang, Wei Fei Ru-Fan
    • 雑誌名

      Journal of Nanoscience and Nanotechnology

      巻: 15 ページ: 2939-2943

    • DOI

      DOI: 10.1166/jnn.2015.9632

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Direct evaluation of ballistic phonon transport in a multi-walled carbon nanotube2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Hayashi, Koji Takahashi, Tatsuya Ikuta, Takashi Nishiyama, Yasuyuki Takata, Xing Zhang
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 104 ページ: 113112

    • DOI

      doi: 10.1063/1.4869470

    • 査読あり
  • [雑誌論文] T-type Raman spectroscopy method for determining laser absorption, thermal conductivity and air heat transfer coefficient of micro/nano fibers2014

    • 著者名/発表者名
      Qin-Yi Li, Xing Zhang
    • 雑誌名

      Thermochimica Acta

      巻: 581 ページ: 26-31

    • DOI

      DOI:10.1016/j.tca.2014.01.023

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Laser flash Raman spectroscopy method for thermophysical characterization of 2D nanomaterials2014

    • 著者名/発表者名
      Qin-Yi Li, Xing Zhang, Yu-Dong Hu
    • 雑誌名

      Thermochimica Acta

      巻: 592 ページ: 67-72

    • DOI

      DOI: 10.1016/j.tca.2014.08.011

    • 査読あり
  • [学会発表] SERIES STUDY ON THE THERMAL TRANSPORT PROPERTIES OF NANOFILM BY APPLYING TRANSIENT THERMOREFLECTANCE METHOD2014

    • 著者名/発表者名
      Weigang Ma, Xing Zhang, Keisuke Kubo, Masamichi Kohno, Yasuyuki Takata, Tatsuya Ikuta, Koji Takahashi
    • 学会等名
      15th International Heat Transfer Conference
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 年月日
      2014-08-10 – 2014-08-10
  • [学会発表] Characterization and mechanism of size effect on nanoscale thermal transport2014

    • 著者名/発表者名
      Xing Zhang
    • 学会等名
      The 2nd International Conference on Phononics and Thermal Energy Science (PTES2014)
    • 発表場所
      Shanghai, China
    • 年月日
      2014-05-28 – 2014-05-28
    • 招待講演
  • [学会発表] 集束イオンビームを用いたカーボンナノチューブのフォノン自由行程の制御2014

    • 著者名/発表者名
      林 浩之, 楢崎 将弘, 高橋 厚史, 生田 竜也, 西山 貴史, 高田 保之, Xing Zhang
    • 学会等名
      第51回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      浜松市
    • 年月日
      2014-05-21 – 2014-05-23
  • [学会発表] Size effects on thermophysical properties of nanomaterials2014

    • 著者名/発表者名
      Xing Zhang
    • 学会等名
      The International Heat Transfer Symposium conference (IHTS2014)
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 年月日
      2014-05-08 – 2014-05-08
    • 招待講演

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公開日: 2016-06-01  

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