ナノスケールの界面熱抵抗に関する実験的研究

纳米尺度界面热阻实验研究

• 批准号: 11J01457
• 负责人: 廣谷 潤
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J01457/
• 关键词: 界面熱抵抗; カーボンナノチューブ; MEMS; 熱伝達係数; ナノセンサ

カーボンナノチューブ(CNT)といくつかの固体(Pt,SiO_2,Au)との間の界面熱抵抗を計測することで界面熱抵抗の物質依存性を探求した.計測にあたり,SEMの長時間の実験に伴う表面汚染の影響をなくすために,光学顕微鏡を真空装置に組み込んだ新たな実験装置を作製して界面熱抵抗計測結果を得ることができた.また過去に計測したCNTとAu間の界面熱抵抗結果を併せて比較したところ,今回のCNTと固体間(Pt,SiO_2,Au)のように分子間力が支配している界面では,DMMで予測されている界面熱抵抗の物質依存性がないことがわかった.また白金ホットフィルムの温度変化を利用して,CNTと気体間の熱伝達係数を計測する手法を考案した.実験を行うにあたり,熱伝達係数計測を行うための実験装置を構築した.これを用いCNTと気体間(Air,N2,Ar,He)の熱伝達係数を計測し,気体分子運動論による理論結果との比較検討を行った.大気圧下での実験結果は分子運動論による予測とおよそ良い一致を示した.さらにCNTをプローブとして使用したナノスケールの表面温度計測法を開発した.実験には白金ホットフィルムにCNTの片端を接合したセンサを用いる。まずCNTを計測したい試料表面に接触させたときのCNT中を通る熱流がゼロとなるようにホットフィルムの加熱量を変化させることによるフィードバック制御を行い,測定対象とCNTプローブの温度を一致させる.これにより、求めたい試料表面の温度をCNTが接合されているホットフィルム部分の温度から求めることができるようになっており、CNT先端と試料表面間の接触熱抵抗の影響を排除した定量的温度測定が可能になった.まず予備試験の結果から,温度の不確かさを含めて誤差は1.0K以下であることを確認し,表面温度測定に有効であることを証明した.さらに,Pt薄膜のラインヒータの長手方向とそれに直交する方向の二方向の温度を測定し,ヒータ上およびヒータ近傍の温度分布を捉えることができた.

Measurement of interfacial thermal resistance between solids (Pt, SiO_2, Au) and solids (CNT) and investigation of material dependence of interfacial thermal resistance. Measurement of SEM for a long time with the influence of surface contamination, optical micromirrors, vacuum equipment, new equipment, manufacturing, interface thermal resistance measurement results. The interfacial thermal resistance between CNT and Au measured in the past is compared with that measured in the past. Now, the interfacial thermal resistance between CNT and Au (Pt, SiO_2, Au) is dominated by intermolecular forces. The temperature variation of platinum and carbon nanotubes was studied by using CNT and thermal conductivity coefficient calculation method. The heat transfer coefficient measurement device is constructed. The thermal transfer coefficients between CNT and gas (Air,N2,Ar,He) were calculated and compared with the theoretical results of kinetic theory of gas molecules. Under high pressure, the results are consistent with those of molecular motion theory. The CNT surface temperature measurement method was developed by using the CNT surface temperature measurement method. The end of the CNT is connected to the bottom of the tube. The CNT is measured in the surface of the sample, and the CNT is measured in the surface of the sample. The temperature of the sample surface is determined by CNT bonding. The temperature of the sample surface is determined by CNT bonding. The influence of contact heat resistance between the sample surface and CNT tip is excluded. The result of the preliminary test is that the temperature is inaccurate and the error is less than 1.0K. The surface temperature measurement is verified. In addition, the Pt thin film temperature distribution in the long direction and the orthogonal direction was measured.

项目成果

Thermal Boundary Resistance of Nanoscale van der Waals Contacts between a Carbon nanotube End and Solid Surfaces

碳纳米管端部与固体表面之间纳米级范德华接触的热边界电阻

• 发表时间: 2012
• 作者: J.Hirotani;et al;Takahiro Kitayama;石川哲章;廣谷 潤;北山貴裕;Jun Hirotani
• 通讯作者: Jun Hirotani

Experimental study on thermal contact resistance at the end of a carbon nanotube

碳纳米管端部接触热阻的实验研究

• DOI: 10.1007/s10765-011-1137-1
• 发表时间: 2011
• 期刊: International Journal of Thermophysics
• 影响因子: 2.2
• 作者: J.Hirotani;et al
• 通讯作者: et al

カーボンナノチューブ - 周囲気体間の熱伝達に関する実験的研究

碳纳米管与周围气体传热实验研究

• 发表时间: 2012
• 作者: J.Hirotani;et al;Takahiro Kitayama;石川哲章;廣谷 潤
• 通讯作者: 廣谷 潤

Measuring the thermal boundary resistance of van der Waals contacts using an individual carbon nanotube

• DOI: 10.1088/0953-8984/25/2/025301
• 发表时间: 2013-01
• 期刊: Journal of Physics: Condensed Matter
• 作者: J. Hirotani;T. Ikuta;T. Nishiyama;Koji Takahashi

Thermal boundary resistance between the end of an individual carbon nanotube and a Au surface

• DOI: 10.1088/0957-4484/22/31/315702
• 发表时间: 2011-08
• 期刊: Nanotechnology
• 影响因子: 3.5
• 作者: J. Hirotani;T. Ikuta;T. Nishiyama;Koji Takahashi