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2015 年度 実績報告書

ナノ空間熱探査によるカーボン材料の多次元熱伝導評価

研究課題

研究課題/領域番号 26289047
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 宮脇 仁  九州大学, 先導物質化学研究所, 准教授 (40505434)
生田 竜也  九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 技術専門職員 (70532331)
西山 貴史  九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80363381)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワードナノマイクロ熱工学 / 熱伝導率 / ナノセンサ / 集束イオンビーム
研究実績の概要

今年度は、これまで扱ってきた多層カーボンナノチューブ(MWNT)とは別の試料として、カーボンナノファイバー(CNF)について詳しく調べた。MWNTと同様に集束イオンビーム(FIB)をCNFへ照射しながらそのCNFの熱コンダクタンスの計測を行って熱輸送の弾道性を調べた。具体的には、長さ5ミクロンのCNF試料の端から距離1ミクロン毎に100nm程度のアモルファス化された局所的欠陥を数か所与えて、CNF試料を分断させた状態にして熱伝導率が試料の長さに依存するかどうか調べたところ、結論としてはそのような長さ依存性すなわちフォノンの弾道性は無いことが確認できた。これはMWNTに比べてCNFのフォノンの平均自由行程が短いことに起因するもので妥当な結果であると考えている。ただし、一連の実験を通して、5ミクロン以上離れている場所を照射するFIBであっても白金のホットフィルムセンサに影響を与えることがわかり、FIBを用いて構造を変化させながら熱輸送を調べる実験系においては離れたFIB照射の影響を補正する必要があるという重要な知見が得られた。

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

金属ナノ粒子を用いたナノスケールでの温度分布の可視化技術に関しては今年度に限っては大きな進展があったとは言えないが、もう一つの課題であるFIBを用いた構造の変化に関しては重要な成果が得られた。それは、離れた場所でのFIB照射の影響を定量的に補正する技術を確立したことであり、総じて順調に進展していると考えられる。

今後の研究の推進方策

これまでの2年間の結果から、カーボン系材料の基本構造の一つであるグラフェンの熱輸送を定量的かつ系統的に調べることが最終目的に近づくには不可欠だと考えられる。そこで、グラフェンの形状、接触状態、不純物や欠陥などを変化させながら熱輸送を計測することを計画している。その結果をこれまでの多層カーボンナノチューブやカーボンナノファイバの結果と比較して考察を進める予定である。

次年度使用額が生じた理由

当初予定していた液中レーザーアブレーションがレーザーの故障等により中断しているために次年度使用額が生じている。

次年度使用額の使用計画

温度分布測定に適したナノ粒子生成法としての液中システムにこだわることはやめて、本研究の主目的であるカーボン系材料の熱輸送に関する学理の構築にとって最も重要と考えられるグラフェンの研究へリソースを注ぐこととする。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 2件、 査読あり 4件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 5件) 図書 (1件)

  • [国際共同研究] 清華大学(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      清華大学
  • [雑誌論文] A T-type Method for Characterization of the Thermoelectric Performance of an Individual Free-Standing Single Crystal Bi2S3 Nanowire2016

    • 著者名/発表者名
      Weigang Ma, Tingting Miao, Xing Zhang, Koji Takahashi, Tatsuya Ikuta, Bo-Ping Zhang, Zhenhua Ge
    • 雑誌名

      Nanoscale

      巻: 8 ページ: 2704-2710

    • DOI

      DOI:10.1039/C5NR05946A

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A simple method for fabricating free-standing large area fluorinated single-layer graphene with size-tunable nanopores2016

    • 著者名/発表者名
      Haidong Wang, Kosaku Kurata, Takanobu Fukunaga, Hiroshi Takamatsu, Xing Zhang, Tatsuya Ikuta, Koji Takahashi, Takashi Nishiyama, Hiroki Ago, Yasuyuki Takata
    • 雑誌名

      Carbon

      巻: 99 ページ: 564-570

    • DOI

      doi:10.1016/j.carbon.2015.12.070

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Temperature Mapping on a Suspended Carbon Nanotube Using Electron Thermal Microscopy2015

    • 著者名/発表者名
      Koji Takahashi, Kazuma Nomoto, Tatsuya Ikuta
    • 雑誌名

      Proc. 15th INTERNATIONAL CONFERENCE ON NANOTECHNOLOGY

      巻: 1 ページ: 264

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 集束イオンビーム照射を受けた 多層カーボンナノチューブの熱伝導2015

    • 著者名/発表者名
      楢﨑将弘、生田竜也、西山貴史、高橋厚史
    • 雑誌名

      熱物性

      巻: 29 ページ: 179-184

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] ELECTRON THERMAL MICROSCOPY OF SUSPENDED MWCNT2016

    • 著者名/発表者名
      Seigo Nakajima, Kazuma Nomoto, Tatsuya Ikuta, Takashi Nishiyama, Koji Takahashi
    • 学会等名
      The First Pacific Rim Thermal Engineering Conference
    • 発表場所
      Hawaii, USA
    • 年月日
      2016-03-13 – 2016-03-17
    • 国際学会
  • [学会発表] 局所的欠陥付与による多層カーボンナノチューブ1本の熱コンダクタンスの変化2015

    • 著者名/発表者名
      楢﨑将弘、生田竜也、西山貴史、高橋厚史
    • 学会等名
      第36回日本熱物性シンポジウム
    • 発表場所
      宮城県仙台市
    • 年月日
      2015-10-19 – 2015-10-21
  • [学会発表] MEASURING THE THERAL CONTACT RESISTANCE WITHOUT SURFACE ROUGHNESS2015

    • 著者名/発表者名
      K. TAKAHASHI, Y. KUWADA and T. IKUTA
    • 学会等名
      The 26th International Symposium on Transport Phenomena
    • 発表場所
      Leoben, Austria
    • 年月日
      2015-09-27 – 2015-10-01
    • 国際学会
  • [学会発表] Experimental study on thermal transport of an artificially-defected multi-walled carbon nanotube2015

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Narasaki, Tatsuya Ikuta, Takashi Nishiyama, Koji Takahashi
    • 学会等名
      XXIV International Materials Research Congress
    • 発表場所
      Cancun, Mexico
    • 年月日
      2015-08-16 – 2015-08-20
    • 国際学会
  • [学会発表] Temperature Mapping on a Suspended Carbon Nanotube Using Electron Thermal Microscopy2015

    • 著者名/発表者名
      Koji Takahashi, Kazuma Nomoto, Tatsuya Ikuta
    • 学会等名
      15th INTERNATIONAL CONFERENCE ON NANOTECHNOLOGY
    • 発表場所
      ROME, ITALY
    • 年月日
      2015-07-27 – 2015-07-30
    • 国際学会
  • [学会発表] SUBMICRON-SCALE WETTABILITY CONTROL BY USING FOCUSED ION BEAM IRRADIATION TO FOPA-SAM2015

    • 著者名/発表者名
      Koji Takahashi, Yutaka Yamada, Takashi Nishiyama, Tatsuya Ikuta and Yasuyuki Takata
    • 学会等名
      5th International Symposium on Micro and Nano Technology
    • 発表場所
      Calgary, Canada
    • 年月日
      2015-05-18 – 2015-05-20
    • 国際学会
  • [図書] Thermometry at the Nanoscale: Techniques and Selected Applications, Chapter 11 Nanotube Thermometry2015

    • 著者名/発表者名
      Koji Takahashi
    • 総ページ数
      13
    • 出版者
      Royal Society of Chemistry

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公開日: 2017-01-06  

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