Understanding and control of electron and phonon transport in hierarchical structure of carbon nanotubes

碳纳米管分级结构中电子和声子输运的理解和控制

• 批准号: 21H01259
• 负责人: 児玉 高志
• 金额: $ 11.48万
• 依托单位: Kyushu Institute of Technology (2023)The University of Tokyo (2021-2022)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01259/
• 关键词: ナノスケール伝熱; マイクロ/ナノ加工; 熱エネルギー工学; 高熱伝導材料; 高電気伝導線材; カーボンナノチューブ; 分子内包効果; 線材化技術; マイクロ・ナノ加工; 熱電変換材料; ナノ/マイクロ加工

本申請研究では、カーボンナノチューブ(Carbon nanotube, CNT)のバンドル化や分子内包といった”複合ナノ構造化”によるナノレベルにおける物性変化がCNTバルク構造体の熱物性に与える波及効果に着目し、サスペンドマイクロ加工デバイスを用いたナノスケール熱伝導測定技術、および我々研究グループが新たに開発したバルクスケール四端子熱計測技術を利用した実証実験、および分子シミュレーションを融合させることで、ナノスケールの熱伝導性の変調メカニズムやバルク構造体への物性伝搬メカニズムの解明を目標として研究を遂行している。２年目は、1年目に得られた単一バンドルレベルでの熱伝導率の劣化がバルク構造体の熱伝導率に波及することで熱伝導率の低下を促進しているという知見に基づき、バルク線材を自前で製作するための技術開発と熱伝導率の劣化メカニズムの仮説の構築、および材料選定に着手した。まずCNTの線材化技術に関しては、研究室内にシリンジポンプと小型回転テーブルを組み合わせた自作システムを構築し、様々な分散剤、凝固剤を用いて線材開発に着手した。CNTを線材化させるためには、溶媒の粘性が重要な物性であり、また、分散溶媒のCNT濃度が線材密度と熱伝導性に密接に関与していることなどの重要な知見を見出した。また、CNTを分散させる過程で強い超音波処理を施した場合、平均長さの低下などの理由により、製作される線材の密度や熱伝導性が大きく低下することがわかった。これらの結果、CNTの湿式紡糸に良く利用されているコール酸ナトリウムなど界面活性剤を利用した水溶液の場合、溶解可能なCNT濃度に限界があり、分散溶媒は硫酸やクロロスルホン酸など広く利用されている強酸が利用可能な溶媒であること、それらの溶媒に対して更に平均長さの長い商用CNTを超音波処理を施さずにゆるやかに溶媒に分散させる必要があることを見出した。

This application study (Carbon nanotube, CNT) thermal conductivity measurement technology, thermal conductivity measurement technology The research on the thermal conductivity of a new type of structure has been carried out in order to realize the application of the four-terminal thermal measurement technology, and to integrate the thermal conductivity of the molecule with the thermal conductivity of the structure. In 2002 and 2001, we obtained the results of the study on thermal conductivity degradation of structures, thermal conductivity degradation of structures, thermal conductivity degradation The development of CNT wire technology is related to the construction, dispersion and coagulation of CNT wire in laboratory. The important physical properties of CNT filament and solvent viscosity are discussed. The important properties of CNT filament density and thermal conductivity are discussed. In the process of CNT dispersion, the intensity of ultrasonic treatment is applied, the average length is low, the density of wire material and the thermal conductivity are low. As a result, CNT wet spinning can be used in aqueous solution, where surfactant is used, CNT concentration is limited, and dispersion solvent is sulfuric acid. For example, the solvent dispersion of commercial CNTs is necessary.

项目成果

Modulation of Interfacial Thermal Transport between Fumed Silica Nanoparticles by Surface Chemical Functionalization for Advanced Thermal Insulation

• DOI: 10.1021/acsami.0c11066
• 发表时间: 2021-04-12
• 期刊: ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
• 影响因子: 9.5
• 作者: Kodama, Takashi;Shinohara, Nobuhiro;Shiomi, Junichiro
• 通讯作者: Shiomi, Junichiro

CNT線材の電気抵抗率低減に向けた導電機構の検証

降低CNT丝电阻率的导电机制验证

• 发表时间: 2023
• 作者: 杉原和樹;小泉正治;山崎悟志;児玉高志;千足昇平
• 通讯作者: 千足昇平

Reduction of interface thermal resistance between TIM and metal surface by tuning wettability

通过调节润湿性降低 TIM 和金属表面之间的界面热阻

• DOI: 10.1299/transjsme.21-00023
• 发表时间: 2021
• 期刊: Transactions of the JSME (in Japanese)
• 作者: IRA Yusuke;KODAMA Takashi;SHIOMI Junichiro
• 通讯作者: SHIOMI Junichiro

Tailoring the surface morphology of carbon nanotube forests by plasma etching: A parametric study

• DOI: 10.1016/j.carbon.2021.04.066
• 发表时间: 2021-05
• 期刊: Carbon
• 影响因子: 10.9
• 作者: Seungju Seo;Sanha Kim;S. Yamamoto;Kehang Cui;T. Kodama;J. Shiomi;Taiki Inoue;S. Chiashi;S. Maruyama;A. Hart

Thermal expansion characterization of thin films using harmonic Joule heating combined with atomic force microscopy

• DOI: 10.1063/5.0049160
• 发表时间: 2021-05
• 期刊: Applied Physics Letters
• 影响因子: 4
• 作者: Settasit Chaikasetsin;T. Kodama;K. Bae;Jun-Young Jung;Jeeyoung Shin;B. Lee;Brian S. Y. Kim;Jung-Joo Seo;U. Sim;F. Prinz;K. Goodson;Woosung Park