ナノスケール構造化熱輸送の物理と工学

纳米结构热传输物理与工程

基本信息

批准号：
05F05341
负责人：
丸山茂夫
金额：
$ 1.54万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

単層カーボンナノチューブは,その優れた物性から幅広い応用が見込まれている.特にその熱物性については,高い熱伝導率が予測されているため,次世代の熱伝導媒体として期待されている.これまでに,アルコール触媒CVD法により,垂直配向単層カーボンナノチューブ膜の合成方法が開発されており,特異な方向依存性を有するバルク材料としての応用が注目されている.本研究では単層カーボンナノチューブを用いた新しい複合体材料の開発を目指し,垂直配向単層カーボンナノチューブ膜を樹脂に混合した複合材料を作成し,その伝熱性能を評価した.複合材料は個々の単層カーボンナノチューブの高い伝熱特性を反映して,優れた性能を有することが期待される.さらに,垂直配向単層カーボンナノチューブ膜の配向性を維持したまま複合材の作成ができれば,強い方向依存性を有する熱デバイスの開発にも繋がる.前年度作成した垂直配向単層カーボンナノチューブ膜とポリマーの複合材料の伝熱性能評価を行った.まず,走査型電子顕微鏡によって複合材中の垂直配向カーボンナノチューブ膜が配向を維持しているかを検証した.作成後の複合材を単層カーボンナノチューブの配向方向と平衡に切断し,イオンビームを用いて研磨することで切断面を平滑化した.切断面の電子顕微鏡観察を行ったところ,複合材料中においても単層カーボンナノチューブはおおよそ配向を留めていることが確認された.またこれらの測定によって,熱伝導計測に必要となる,複合材料内の垂直配向膜及び複合材料表面の金属蒸着膜の膜厚を測定した.次に,フォトサーマル赤外検知法を用いて,複合材料の熱伝導率測定を行った.レーザ照射によって資料に周期的な温度変動を与え,放射される熱放射エネルギーの周期的変動との位相差を検出した.加熱光を適当な周波数領域で変調させ,各周波数における位相差を測定し,得られた周波数-位相差曲線を解析することによって熱伝導率を測定した.その結果,複合体が非等方性熱伝導を示すことが示唆された.

单壁碳纳米管由于其优异的物理性能，预计将具有广泛的应用，特别是其热性能预计将具有高导热率，因此有望用作下一代导热介质。迄今为止，醇催化CVD法一种合成垂直排列单壁碳纳米管薄膜的方法已经开发出来，其作为具有独特方向依赖性的块体材料的应用引起了人们的关注。在本研究中，我们将开发一种使用单壁碳纳米管的新型复合材料。发展垂直通过将定向单壁碳纳米管薄膜与树脂混合制备复合材料，并评估其传热性能。该复合材料具有优异的性能，体现了单个单壁碳纳米管的高传热性能。此外，垂直排列的单层如果能够在保持碳纳米管薄膜取向的同时创建复合材料，将导致具有强方向依赖性的热器件的发展。垂直排列的单壁碳纳米管薄膜和聚合物复合材料中的传热并在上一年度进行了绩效评价。首先，我们使用扫描电子显微镜验证复合材料中垂直取向的碳纳米管薄膜是否保持其取向。以单壁碳纳米管的取向方向平衡地切割复合材料，并使用离子束可以对复合材料进行切割，对切割面进行抛光。切割表面的电子显微镜观察证实，即使在复合材料中，单壁碳纳米管也保持其取向。这些测量还表明，单壁碳纳米管的取向得到保持，这对于热传导测量是必要的。复合材料内的垂直方向测定膜表面的金属蒸镀膜及复合材料的膜厚，利用光热红外线检测法测定复合材料的热导率，并通过激光观察材料的周期性温度变动。辐射和发射的热辐射能量的周期性波动。检测相位差。通过在适当的频率范围内调制加热光，测量每个频率下的相位差，并分析获得的频率-相位差曲线来测量热导率。结果表明，复合材料物体表现出各向异性的热传导。