固体界面の接触熱抵抗に関するミクロ・ナノ波動論のアプローチ

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14350107
• Research Institution: KYOTO UNIVERSITY
• Principal Investigator: 牧野 俊郎 京都大学, 工学研究科, 教授 (30111941)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 若林 英信 京都大学, 工学研究科, 助手 (00273467) ; 松本 充弘 京都大学, 工学研究科, 助教授 (10229578)
• Keywords: 熱物性 / 熱伝導 / 接触熱抵抗 / その場診断 / 熱の流れ / 超音波 / 分子動力学 / ウェーブレット解析

Research Abstract

固体表面間の接触熱抵抗は,工業装置の熱設計・安全管理の重要なファクターの1つである.接触熱抵抗現象を熱物性論と波動論に基づいて系統的に解明する基礎研究を進めると同時に,接触熱抵抗の経時変化をその場/インプロセス的に非接触的に診断する手法をあせて研究することが緊要である.前年度に引き続いて平成15年度には,このような立場から次の2種の研究を行った:
第1に,接触熱抵抗を外部からその場・非接触診断するための手法を検討する実験研究を行った.接触面の微視形状は接触する表面への印加圧力と結晶組織の変形に応じて経時変化するため,接触状態の推定法の開発が重要になる.そのための手法として超音波探傷法の応用を考えた.金属・金属接触面[(黄銅・SKD61工具鋼)接触面]の真実接触面積,その接触面における超音波反射・透過とその接触面をよぎる熱通過を測定するマクロ基礎実験を行った.印加荷重をパラメータとして,(超音波反射率・超音波透過率)-(接触熱抵抗/接触熱コンダクタンス)-(真実接触面積)の3種の物理量の関係を定量的に明らかにし,超音波診断の可能性を示唆した.第2に,接触熱抵抗のミクロ機構を解明するために,分子動力学による計算研究を行った.MEMS系を構成する2種の均質な結晶原子層の界面で起こる接触熱抵抗は界面熱抵抗と呼ばれるが,その現象・機構を調べるため,2種の原子層[(Si・SiO_2)原子層]をよぎる弾性波の伝搬を計算した.計算結果をウェーブレット解析し,弾性波の伝搬が界面で妨げられる現象を弾性波の振動数の関数として明らかにし,さらに界面熱抵抗を推算した.

Research Products

• [Publications] 松本充弘: "固体Siの熱伝導機構と界面熱抵抗の分子動力学計算"日本伝熱シンポジウム講演論文集. 第40回. 21-24 (2003)
• [Publications] 牧野俊郎: "薄膜・下地系の内部界面で放射される熱ふく射波の干渉"日本伝熱シンポジウム講演論文集. 第40回. 192-194 (2003)
• [Publications] 松本充弘: "ナノスケールの構造をもつ固体の熱伝導"日本熱物性シンポジウム講演論文集. 第24回. 420-422 (2003)
• [Publications] Mitsuhiro Matsumoto: "Microscale Heat Conduction and Thermal Resistance : Lattice Vibration"International Symposium on Micro and Nano Technology. the 1st. (2004)
• [Publications] 松本充弘: "S/SiO_2界面系の固体熱伝導の分子シュミュレーション"日本伝熱シンポジウム講演論文集. 第41回. D144 (2004)
• [Publications] 若林英信: "薄膜系と格子系により放射された熱ふく射球面波の干渉"日本伝熱シンポジウム講演論文集. 第41回. G314 (2004)