2020 Fiscal Year Annual Research Report
内包分子による単一カーボンナノチューブの熱物性変調現象の解明とバルク材料への応用
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18H01377
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
児玉 高志 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任准教授 (10548522)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
志賀 拓麿 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (10730088)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ナノスケール伝熱 / カーボンナノチューブ / ナノ/マイクロ加工 / 熱電変換材料 / 分子内包効果 / 高熱伝導材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本申請研究では、カーボンナノチューブ(Carbon nanotube, CNT)への分子内包によるCNTの熱電変換能（電気・熱伝導率・ゼーベック係数）の変調メカニズムを単一チューブ、単一バンドルレベルのナノスケールから線材や配向膜といったマクロスケールまで幅広い形態の試料を準備して測定を行い、その熱電変換特性の変調効果やバルク体への波及効果を実験によって検証する研究である。
最終年度に当たる本年度は、1年目、2年目に着手したナノスケール熱伝導測定技術の改良、および2年目に開発を行ったマクロスケールの線材や薄膜の熱伝導性の高精度の評価が可能なバルクスケール四端子熱計測法を利用して、同一種類のCNTに対してナノレベルからマクロスケールまで階層的な熱伝導評価を行い、熱物性のCNTバルク体への波及効果の検証を行った。
まず、ナノスケール熱伝導測定に関しては、これまでと同様にマイクロデバイス定常法を用いて行ったが、デバイスへの試料分散液の滴下による試料導入とサスペンド構造体への原子間力顕微鏡の直接観察による試料の構造評価が可能であることが新たに明らかとなり、測定デバイス量産化の面で大幅な改善に繋がった。これにより多数のデバイスを用いて直径の異なるCNTバンドルの熱伝導評価を行い、原材料CNTの熱伝導率やゼーベック係数の評価を試みた。
実験の結果、バンドル径に依存してCNTの熱伝導率が急激に低下し、常温において本研究で製作されたバルクCNT構造体の上限に相当する約100 W/m/K程度で飽和すること、バルク構造体においては分散剤の種類や配向性などの高次構造因子の影響により、わずかな熱伝導率の違いが生じること、ゼーベック係数は原材料とバルク体でほぼ同一であり、原材料によって決定されていること、などが本研究より明らかになった。これらの研究成果は学会発表や論文としてこれから報告する予定である。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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