プロセス－構造－物性相関に基づく高熱伝導コンポジット材料プロセス設計指針の確立

基于工艺-结构-性能关系建立高导热复合材料工艺设计指南

• 批准号: 22H01844
• 负责人: 塚田 隆夫
• 金额: $ 9.73万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01844/
• 关键词: コンポジット材料; 高熱伝導率; マルチスケールシミュレーション; プロセス設計; 構造評価

1) ナノ粒子/高分子系の界面親和性および接触熱抵抗の評価法の開発：デカン酸修飾Al2O3／高分子系を対象に全原子MDシミュレーションを実行した。ここで，高分子はポリプロピレン(PP)，ポリスチレン(PS)，ポリメタクリル酸メチル(PMMA)とし，親和性の指標としてデカン酸修飾Al2O3平面／高分子間の付着仕事および濡れ係数を評価した。デカン酸修飾Al2O3／PP間の付着仕事は修飾率25%で最大となった。また，PP，PS，PMMAの濡れ係数は溶解度パラメータから予想される傾向と一致した。さらに，デカン酸修飾Al2O3／PP系を対象に非平衡MDシミュレーションによる界面接触熱抵抗を評価し，表面修飾により界面接触熱抵抗が低減されることを確認した。2) 高分子コンポジット内のナノ粒子の高次構造評価法の開発：離散要素法に基づく数値シミュレーションにより，高分子液体（PP，PS）中でのデカン酸修飾Al2O3ナノ粒子の凝集・分散挙動の数値シミュレーションを行い，高分子と修飾鎖の親和性の違いによりPP中では分散，PS中では凝集挙動を示すことを明かにした。3) 高分子コンポジット材料の熱伝導率の定量評価：1)および2)で得られた接触熱抵抗とナノ粒子の空間構造を考慮した有限体積法によるコンポジット材料内の伝熱解析およびコンポジット材料の有効熱伝導率を求める解析手法を開発し，既往の研究およびマクスウェルの式による有効熱伝導率の値との比較により解析手法の妥当性を確認した。また，PPおよびPS中のナノ粒子の分散・凝集構造に依存して有効熱伝導率が異なることを示した。

1)Development of a method for evaluating the interfacial affinity and contact thermal resistance of particle/polymer systems: implementation of all-atom MD systems for the reaction of Al2O3/polymer systems with acid modification The index of affinity between polymer and acid modified Al2O3 plane/polymer was evaluated by PP, PS, PMMA and the coefficient of affinity. Al2O3/PP was modified by acid, and the modification ratio was 25%. The solubility coefficients of PP, PS and PMMA are consistent with each other. In this paper, we evaluate the interfacial contact thermal resistance of the Al2O3/PP system modified by acid. 2)The development of higher-order structural evaluation method for polymer particles in polymer fluids: discrete element method for the number of base particles, polymer modified Al2O3 particles in polymer fluids (PP, PS) aggregation, dispersion and number of base particles, polymer modified particles in polymer fluids (PP, PS) aggregation and dispersion, polymer modified particles in polymer fluids (PP, PS). 3)Quantitative Evaluation of Thermal Conductivity of Polymeric Materials: 1) The contact thermal resistance and the spatial structure of the particles are considered. The finite volume method is used to analyze the thermal conductivity of the materials. The analytical method is developed. The validity of the analytical method is confirmed by the comparison of the thermal conductivity of the materials. The dispersion and aggregation structure of particles in PP and PS depend on the thermal conductivity.