Design of magnetic nanoparticles embedded phase change material nanocapsules for electronic cooling

用于电子冷却的磁性纳米粒子嵌入相变材料纳米胶囊的设计

基本信息

批准号：
22F20059
负责人：
大宮司啓文
金额：
$ 0.77万
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：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-22 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は「電子冷却のための磁性ナノ粒子埋め込み型相変化材料（PCM）ナノカプセルの設計」という題目で、PCMを用いた高効率な電子システムの冷却技術を開発することを目的とする。PCM、特に有機PCMは一般に低い熱伝導率，過冷却効果，相転移時の低い熱伝達率，漏れの問題などが懸念される．この問題を解決するために，PCM中に磁性ナノ粒子を埋め込み、PCMをカプセル化することに取り組む。カプセル内部で磁性ナノ粒子の運動を制御することにより、PCMの熱伝導、熱伝達特性など、様々な熱特性が制御可能であることを実証する。磁鉄鉱/酸化鉄（Fe3O4）ナノ粒子を含む新しいクラスのマイクロカプセル化（相変化材料（PCM）：1-オクタデカノール相変化材料、カプセル殻：メラミン－ホルムアルデヒド）をin-situ重合法により合成した。作製したマグネタイトナノ粒子内包PCMは、電界放出形走査電子顕微鏡法(FESEM)、高分解能透過電子顕微鏡法(HRTEM)、X線回折法(XRD)、フーリエ変換赤外分光分析法(FTIR)、示差走査熱量測定(DSC)、熱重量分析(TGA)などの特性評価手法を用いて、その形態、表面構造、化学安定性、融解潜熱、相転移温度、熱安定性および熱信頼性の評価を行った。FESEM の結果、10-90 nmの大きさの球状に近い磁性ナノ粒子(MNP)が形成されており、Fe3O4ナノ粒子を内包した球状マイクロカプセル(MNPCM) の形成が正当化されることがわかった。また、純粋なPCMとMNPCMの特性を比較することにより、MNPCMのユニークな特性を明らかにすることができた。さらに、MNPCMは電子システムの熱管理に対する要求を満たすことがわかった。

这项研究的标题是“用于电子冷却的磁性纳米粒子嵌入相变材料（PCM）纳米胶囊的设计”，旨在开发一种用于使用 PCM 的电子系统的高效冷却技术。相变材料，特别是有机相变材料，普遍关注低导热率、过冷效应、相变过程中传热系数低以及泄漏问题。为了解决这个问题，我们将通过在 PCM 中嵌入磁性纳米粒子来封装 PCM。通过控制胶囊内磁性纳米颗粒的运动，我们将证明可以控制相变材料的各种热性能，例如热传导和传热性能。采用原位聚合方法合成了一类新型的含有磁铁矿/氧化铁（Fe3O4）纳米颗粒的微胶囊（相变材料（PCM）：1-十八醇相变材料，胶囊壳：三聚氰胺-甲醛）。使用场发射扫描电子显微镜（FESEM）、高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）、X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（F）对制备的含有磁铁矿纳米颗粒的PCM进行分析。采用TIR）、差示扫描量热法（DSC）、热重分析（TGA）等表征技术对其形貌、表面结构、化学稳定性、熔化潜热、相变温度、热稳定性和热可靠性进行了评价。。 FESEM 结果表明，形成了尺寸为 10-90 nm 的近球形磁性纳米颗粒（MNP），证明了封装 Fe3O4 纳米颗粒的球形微胶囊（MNPCM）的形成。此外，通过比较纯 PCM 和 MNPCM 的性能，我们能够揭示 MNPCM 的独特性能。此外，MNPCM 被发现可以满足电子系统热管理的要求。