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

基本信息

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

项目摘要

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．

夹着几个分子层的真空纳米间隙的两个固体仅利用分子间相互作用力实现声子热传输，并且发现了由于准羊绒热传输机制引起的热共振现象（Chen & Nagayama，Int. J. Heat Mass Transf.， 2021）。在新发现的声子热传输机制中，通过准羊绒耦合在固体表面上跨真空纳米间隙诱导声子传输。在本研究中，我们旨在通过基于纳米间隙中准羊绒耦合引起的声子热传输机制的分子动力学分析和实验，阐明极小局部区域的创新纳米级热控制技术的原理。今年，我们使用自己的计算代码和分子动力学计算包程序LAMMPS进行计算。首先，在吸附有水分子的Pt纳米间隙中，不仅在界面固体分子之间而且在液体分子之间观察到热共振现象和声子输运。在非平衡状态下，通过纳米间隙在两个固液界面之间传递的热通量随着间隙距离的减小而呈指数增加，并且两个液体吸附层的原子之间产生热共振。通过波形分析明确了界面层中的原子。接下来，我们阐明了SiC纳米间隙中的热共振现象和声子输运受到界面处SiC分子末端原子（Si-C、C-Si、Si-Si、C-C）排列的影响。我们发现异质终止原子可以抑制热共振现象和声子输运，而同质终止原子可以促进热共振现象和声子输运。这些结果将在 2022 年热工程会议上公布，并发表在英国皇家化学学会的《物理化学》、《化学物理》和《纳米尺度》杂志上。