準カシミヤカップリング誘発したフォノン熱輸送による革新的ナノスケール熱制御

通过准羊绒耦合诱导声子热传输实现创新的纳米级热控制

• 批准号: 22K18773
• 负责人: 長山 暁子
• 金额: $ 4.08万
• 依托单位: Kyushu Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18773/
• 关键词: 準カシミヤカプリング; ナノギャップ; フォノン熱輸送; 熱共振; 分子動力学解析

数分子層程度の真空ナノギャップを挟む二つの固体が分子間相互作用力のみでフォノン熱輸送を実現し，準カシミヤ熱輸送機構による熱共振現象を発見した（Chen & Nagayama, Int. J. Heat Mass Transf., 2021）．新たに発見したフォノン熱輸送機構には，真空ナノギャップを挟む固体表面に準カシミヤカプリングによるフォノン輸送が誘発される．本研究では，ナノギャップにおける準カシミヤカップリング誘発したフォノン熱輸送機構に基づいて，分子動力学解析および実験の両面より極小局所領域における革新的ナノスケール熱制御技術の原理原則を明示することを目指す．今年度は，独自の計算コードと分子動力学計算パッケージプログラムLAMMPSを用いて計算を実行した．まず，水分子を吸着したPtのナノギャップにおいて，界面固体分子間のみならず液体分子間における熱共振現象およびフォノン輸送を確認できた．非平衡状態において、ナノギャップを介して二つの固液界面間に通過する熱流束はギャップ距離の減少に伴い指数関数的に増加し，二つの液体吸着層の原子間に生じた熱共振が固体界面層の原子間の熱共振を共起させることを波形解析より解明した．次に，SiCのナノギャップにおける熱共振現象およびフォノン輸送が，界面におけるSiCの分子終端原子の配置（Si-C, C-Si, Si-Si, C-C)による影響を明らかにした．異種終端原子が熱共振現象およびフォノン輸送を抑制し，同種終端原子が熱共振現象およびフォノン輸送を促進できることを発見した．これらの結果を2022年度熱工学コンファレンスにて発表し，Royal Society of Chemistry社のPhysical Chemistry Chemical Physics誌およびNanoscale誌に掲載することになった．

At the level of several molecular layers of <s:1> vacuum ナノギャップを carrying む two <s:1> <s:1> solid が intermolecular interaction force <e:1> みでフォノ <s:1> heat transfer を occurs む Quasi カシ ヤ ヤ Heat transfer mechanism による thermal resonance phenomenon を occurrence た た (Chen & Nagayama, Int. J. Heat Mass Transf., 2021). See new た に 発 し た フ ォ ノ ン heat transport agency に は, vacuum ナ ノ ギ ャ ッ プ を carry む solid surface に quasi カ シ ミ ヤ カ プ リ ン グ に よ る フ ォ ノ ン conveying が 発 lure さ れ る. This study で は, ナ ノ ギ ャ ッ プ に お け る quasi カ シ ミ ヤ カ ッ プ リ ン グ 発 lure し た フ ォ ノ ン heat transport agency に base づ い て, molecular dynamics analytical お よ び be 験 の struck surface よ り tiny bureau field に お け る innovative ナ ノ ス ケ ー ル hot royal の principle of the express す を る こ と を refers す. This year, ドと, independently <s:1> calculated コ ドと ドと molecular dynamics calculated パッケ ジプログラム ジプログラムLAMMPSを used コ て to calculate を actual た た. ま ず, water molecules を sorption し た Pt の ナ ノ ギ ャ ッ プ に お い て, interface between solid molecules の み な ら ず between liquid molecules に お け る resonance phenomenon お よ び フ ォ ノ ン conveying を confirm で き た. Non-equilibrium state に お い て, ナ ノ ギ ャ ッ プ を interface し て two つ の solid-liquid interface between に through す る heat flow beam は ギ ャ ッ プ distance の に raised to reduce the number of に with い index masato し, two つ の liquid sorption layer の に between atoms じ た hot resonance が の solid interface layer between atoms の hot resonance を total up さ せ る こ と を waveform parsing よ り interpret し た. に, SiC の ナ ノ ギ ャ ッ プ に お け る resonance phenomenon お よ び フ ォ ノ ン conveyor が, interface に お け る SiC の molecules terminal atoms の configuration (Si - C, C, Si, Si, Si, C - C) に よ る influence を Ming ら か に し た. Heterogeneous terminal atom が resonance phenomenon お よ び フ ォ ノ ン conveying を し inhibition, the same terminal atom が resonance phenomenon お よ び フ ォ ノ ン conveying を promote で き る こ と を 発 see し た. こ れ ら の を 2022 annual pyrology コ ン フ ァ レ ン ス に て し 発 table, the Royal Society of Chemistry club の Physical Chemistry Chemical Physics tzu お よ び Nanoscale tzu に first white jasmines load す る こ と に な っ た.

项目成果

Quasi-Casimir coupling can induce thermal resonance of adsorbed liquid layers in a nanogap

准卡西米尔耦合可以引起纳米间隙中吸附液体层的热共振

• DOI: 10.1039/d2cp01094a
• 发表时间: 2022
• 期刊: Physical Chemistry Chemical Physics
• 影响因子: 3.3
• 作者: Chen Wentao;Nagayama Gyoko
• 通讯作者: Nagayama Gyoko

Effect of atomic surface termination on heat transfer across SiC－SiC nanogap

原子表面终止对SiC－SiC纳米间隙传热的影响

• 发表时间: 2022
• 期刊: Proceedings of Thermal Engineering Conference
• 作者: Xiangrui Li;Wentao Chen;Gyoko Nagayama
• 通讯作者: Gyoko Nagayama

Interfacial thermal resonance between adsorbed liquid layers in a nanogap

纳米间隙中吸附液体层之间的界面热共振

• 发表时间: 2022
• 期刊: Proceedings of Thermal Engineering Conference
• 作者: Wentao Chen;Gyoko Nagayama
• 通讯作者: Gyoko Nagayama

Phonon Heat Transfer Induced by Quasi-Casimir Coupling in a Nanogap

纳米间隙中准卡西米尔耦合引起的声子传热

• 发表时间: 2022
• 作者: Naruki Ichihara;Masahito Ueda;Xiangrui Li;Naruki Ichihara;Wentao Chen;Wentao Chen
• 通讯作者: Wentao Chen