Elucidatig the mechanism and promoting the thermal conduction at mismatched interface

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本研究は、デバイスの放熱に重要な役割を持つ放熱複合材料の高熱伝導率化を実現するために、フォノン周波数が大きく異なるフィラーと母材間の界面熱伝導（TBC）を向上させることを目的としている。この目的を達成するには、未だに確立されていないミスマッチ界面での熱伝導のメカニズムを解明することが重要である。また、将来的には、複合材料の大規模生産に向けて、マイクロ粒子にも適用可能な高効率かつスケーラブルな界面修飾技術を開発する必要がある。これら2つの目的を達成するために、本研究の1年目では金属・ダイヤモンドのモデル実験系に異なる界面構造を作成し、界面近傍のフォノン状態を制御することで、TBCの変化を調べました。具体的には、(1) 自己組織化単相膜（SAM）で修飾した界面と(2) グラフェン挿入した界面でのTBCを時間領域サーマルリフレクタンス法（TDTR）で測定した。その中で、(1) SAM修飾した界面でのTBCは予想外の非単調な傾向を示した。また、同様なSAMで修飾したミスマッチの小さい銅・サファイア、銅・シリコン界面では、TBCが一定であることから、界面でのフォノンミスマッチは、SAM中のフォノン輸送の振る舞いを大きく左右することを示唆されている。また、SAMは長さによって弾性率が異なるため、その界面層の弾性率はフォノンの非弾性散乱に寄与して熱の輸送を決定することが判明した。（２）グラフェンを挿入した場合のTBCについて調査された結果、銅・ダイヤモンド界面において、アルミニウム・サファイア界面で観察されたグラフェンの挿入による界面結合強度の低下およびそれによるTBCの減少は、グラフェンのフォノン架橋効果によって防ぐことが示唆された。これは、本研究で期待されている2次元材料による界面TBCの促進効果の可能性を実証したものである。