低次元材料の格子欠陥制御と熱整流作用

低维材料的晶格缺陷控制与热校正

• 批准号: 11J02268
• 负责人: 林 浩之
• 金额: $ 1.22万
• 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 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J02268/
• 关键词: カーボンナノチューブ; 熱伝導率; 弾道的熱伝導; フォノン; 欠陥; 集束イオンビーム; 長さ依存; 多層カーボンナノチューブ; MWNT; 直径依存; 単層カーボンナノチューブ; SWNT; ラマン分光; 実験手法

本研究の目的は低次元材料の格子欠陥を制御することで熱整流作用を実現することである。低次元材料を用いるのは格子欠陥の影響を顕在化させるためであり、現在の技術で最も低次元の材料とされているカーボンナノチューブ(CNT)に格子欠陥を導入することで熱整流作用を発生し得ることが明らかになってきている。しかしながら、CNTを熱整流器などのデバイスに応用するためには、その特異な熱伝導特性を明らかにする必要がある。特に、多層カーボンナノチューブ(MWNT)は3000W/m・Kと高い熱伝導率を有し、単層カーボンナノチューブ(SWNT)よりも生産コストが低いことからCPUやパワーデバイスの放熱材料としての応用も期待されているが、数μmの長さスケールで長さによって熱伝導率が変化する熱伝導率の長さ依存性を示す。これは熱のキャリアであるフォノンが界面から界面へ弾道的に輸送される弾道的熱伝導が発生しているためである。シリコンなどではnmオーダーでこの現象が顕著になってくるのであまり問題にならないが、MWNTは数μmのデバイスとして用いられると想定されるため、長さ依存性が工業上重要である。そこで我々は集束イオンビーム(FIB)を用いたMWNTへの欠陥導入手法を開発し、MWNTの長さを分断するように欠陥を導入することでフォノンの弾道輸送を人工的に発生させ、独自のセンサを用いて熱伝導率を計測することで熱伝導率の長さ依存性を調査した。これによって、MWNTにおいては1μmを超える自由行程を有するフォノンが熱伝導率に大きく寄与しており、4.8㎛から0.3㎛に短くすることで熱伝導率が50%以上減少する長さ依存性を示すことが明らかになった。本研究はMWNTの長さ依存性を初めて定量的に計測したものであり、MWNTの実用に向けた有用な知見として認められ、国際的に評価の高いジャーナルに発表している。

The purpose of this study is to control the thermal rectification effect of low-dimensional materials using a lattice structure. The use of low-dimensional materials has no influence on the lattice, and the current technology is the best low-dimensional material.ーボンナノチューブ(CNT)にlattice deficiencyをimportすることThe thermal rectification effect is the result of the thermal rectification. CNT thermal rectifier, CNT thermal rectifierためには, そのspecific thermal conductivity properties を明らかにするnecessary がある. Special, multi-layered カーボンナノチューブ(MWNT) with 3000W/m・K and high heat den Conductivity is there, single layer SWNT is produced by low-voltageからCPU やパワーデバイスのheat-dissipating material としての応用されているが, several μmの长さスケールで长さによってThermal conductivity が変化するThermal conductivity の长さdependenceをshowす.これは热のキャリアであるフォノンがInterfaceからInterfaceへ弾道The thermal conductivity of the conveyor belt is the same as that of the heat conductor. M WNT's multi-μm size and long-term dependence are industrially important because of its practical use.そこで我々は组イオンビーム(FIB)を用いたMWNTへのowed The introduction method is as follows: MWNT's length is cut and broken, and the introduction method is as follows:ることでフォノンの弾道 conveying をartificial に発生させ, solo のセンサをMeasurement of thermal conductivity and investigation of long-term dependence of thermal conductivity.これによって, MWNT においては1μmをsuper えるfree stroke を有するフォノンが thermal conductivity に大きく发与しており, 4.8㎛から0.3㎛にくすることでThermal conductivity is reduced by more than 50% and the dependence of the long and long をshows the すことが明らかになった. This study is based on the quantitative measurement of the dependence of the length of MWNT and the application of MWNT.に向けた用な知见として见められ、International にreview価の高いジャーナルに発表している.

项目成果

欠陥を有するMWNTの熱輸送特性の評価

带缺陷的MWNT热传输特性评估

• 发表时间: 2013
• 作者: 原田知広;木村匡志;木村匡志;Seok-Jun Kim;上山健太;木村匡志;大塚幸生・川口潤;上山健太;上山健太;木村匡志;上山健太;上山健太;Kenta Ueyama;木村匡志;家木誉史;上山健太;家木誉史;木村匡志;上山健太;三田順;池永直弥;三田 順;三田順;上山健太;藤井千晶;三田順;三田順;三田順;三田 順;三田 順;三田 順;三田 順;林 浩之
• 通讯作者: 林 浩之