VGCFを用いた超高熱伝導性C/Cコンポジットの調製と熱電機能の評価

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13305050
• Research Institution: Shinshu University
• Principal Investigator: 遠藤 守信 信州大学, 工学部, 教授 (10021015)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宮崎 敬 長野工業高等専門学校, 電気工学科, 教授 (10141889) ; 押田 京一 長野工業高等専門学校, 電子情報工学科, 教授 (90224229) ; 林 卓哉 信州大学, 工学部, 助手 (80313831)
• Keywords: 気相成長炭素繊維 / VGCF / カーボンナノファイバー / carbon nanotubes / 熱伝導性 / 炭素 / 炭素複合材料

Research Abstract

本研究は、気相成長炭素繊維(VGCF)の一つの特長である汎用材料中最高の熱伝導率κ(1000〜2000W/m・K)を有している点に着目し、VGCFを中心に直径がナノメートルのVGNF(気相成長ナノファイバー)、PCNT(熱分解法カーボンナノチューブ、CN)を用いて炭素/炭素複合材料を調製し、VGCF系の高熱伝導性を反映せしめた超高熱伝導性C/Cコンポジットの熱伝機能の評価と解析、熱伝メカニズムの解析を目的としている。ことにナノレベルでの微視的な構造解析と熱伝等機能の相関性にも注目している。
本年度は、まず高結晶性VGCFおよび直径100nmの気相成長炭素ナノファイバー(VGCN)を調製し、それを2000〜3000℃で熱処理して、κ=1000〜2000W/m・KのVGCFの調製を目指した。また、炭素マトリクスとしてメソフェーズピッチをベースに複合し、その際VGNFの含有量を変化させてC/Cコンポジット(バルク、薄片状)の生成を試みた。C/C複合材の熱処理温度は1000〜3000℃としている。このプロセスでメソフェーズピッチマトリクスが炭化・黒鉛化されて、C/C複合材が得られるが、炭化処理中にパッフイング現象が顕著であり、その防止策として前処理炭化を検討している。また、グリーンコンポジットを生成する際に各種の条件を変えて調整した。これらの諸条件を調製して生成された薄片状サンプルについて室温で熱伝導率を測定した。なお、グリーンコンポジットから熱処理炭化後の熱伝導率の変化状態を解析するため、プラスチック/VGCF、VGNF複合材について鋭意、解析を進めている。つまり、生ペレット中でのフィラーの分散状態がC/Cコンポジットに大きな影響を及ぼすためであり、炭化過程の構造変化を追跡している。C/C複合材としては現在のところ、800〜1000W/m・Kが得られ、予定通り進捗している。また、かかる複合体の熱伝導のモデルを合わせて検討しつつあり、コンピュータ解析と並行して実験、研究を進める事がナノレベルの評価と解析には特に意義がある為である。

Research Products

• [Publications] Y.A.Kim, T.Hayashi, Y.Fukai, M.Endo, T.Yanagisawa, M.S.Dresselhaus: "Effect of ball milling on morphology of cup-stacked carbon nanotubes"Chemical Physics Letters. (2002)
• [Publications] M.Endo, Y.A.Kim, T.Hayashi, Y.Fukai, K.Oshida, M.Terrones, T.Yanagisawa, S.Higaki, M.S.Dresselhaus: "Structural characterization of cup-stacked-type nanofibers with an entirely hollow core"Applied Physics Letters. 80・7. 1267-1269 (2001)
• [Publications] 前田崇志, 金 龍中, 小柴健二, 石井聖啓, 笠井利幸, 遠藤守信, 西村嘉介, 河淵祐二: "メソフェーズピッチ系炭素繊維のKOH賦活"炭素. 201. 7-11 (2002)
• [Publications] M.Endo, T.Hayashi, Seong-Hwa Hong, T.Enoki, M.S.Dresselhaus: "Scanning tunneling microscope study of boron-doped highly oriented pyrolytic graphite"Journal of Applied Physics. 90・11. 5670-5674 (2001)
• [Publications] M.Endo, Y.A.Kim, Y.Fukai, M.Terrones, H.Terrones, M.S.Dresselhaus: "Comparison study of semi-crystalline and highly crystalline multiwalled carbon nanotubes"Applied Physics Letters. 79・10. (2001)
• [Publications] M.Endo, Y.A.Kim, T.Takeda, S.H.Hong, T.Matsushita, T.Hayashi, M.S.Dresselhaus: "Structural characterization of carbon nanofibers obtained by hydrocarbon pyrolysis"Carbon. 39. 2003-2010 (2001)
• [Publications] Y.A.Kim, T.Matsushita, T.Hayashi, M.Endo, M.S.Dresselhaus: "Topological changes of vapor grown carbon fibers during heat treatment"Carbon. 39. 1747-1752 (2001)
• [Publications] H.Terrones, T.Hayashi, M.Munoz-Navia, M.Terrones, Y.A.Kim, N.Grobert, R.Kanalakaran, J.Dorantes-Davila, R.Escudero, M.S.Dresselhaus, M.Endo: "Graphitic cones in palladium catalysed carbon nanofibers"Chemical Physics Letters. 343. 241-250 (2001)
• [Publications] M.Inagaki, K.Fujita, Y.Takeuchi, K.Oshida, H.Iwata, H.Konno: "Formation of graphite crystals at 1000-1200℃ from mixtures of vinyl polymers with oxides"Carbon. 39. 921-929 (2001)
• [Publications] T.Nakazawa, K.Oshida, T.Miyazaki, M.Endo, M.S.Dresselhaus: "A structural analysis method for graphite intercalation compounds"Proc. of MRS Fall Meeting. 658. GG6.18.1-GC6.18.6 (2001)
• [Publications] K.Oshida, T.Nakazawa, T.Miyazaki, M.Endo: "Application of image processing techniques for analysis of nano-and micro-space in carbon materials"Synthetic Metals. 125. 223-230 (2001)
• [Publications] K.Oshida, S.Bonnamy: "Primary Carbonization of an anisotropic "mesophase" pitch compared to conventional isotropic pitch"Carbon. (in press).
• [Publications] 林 卓哉, 遠藤守信, 松下卓生: "カーボンナノチューブ-ナノデバイスへの挑戦-,第7章,カーボンナノチューブの機械的強度"化学同人. 111-117 (2001)
• [Publications] M.Endo, Y.A.Kim, T.Matsushita, T.Hayashi: "From vapor-grown carbon fibers(VGCFs)to carbon nanotubes, Carbon Filaments and Nanotubes : Common Origins, Differing Applications, Editors by L.P.Biro, et al."Kluwer Academic Publishers. 51-61 (2001)
• [Publications] M.Endo, Y.A.Kim, K.Nishimura, T.Hayashi, T.Matsushita: "Preparation and structure of carbon fibers and carbon nanotubes from the vapour phasa : Design and Control of Structure of Advanced Carbon Materials for Enhanced Performance, Editors by B.Rand, et al."Kluwer Academic Publishers. 207-216 (2001)
• [Publications] 押田京一, 遠藤守信: "最新の炭素材料実験技術(分析・解析技術),炭素材料学会編,第3章"サイペック社. 18-26 (2001)