内包物質を用いて単層カーボンナノチューブの熱伝導性を制御～カーボンナノチューブを用いた熱デバイスに新たな設計指針～

カーボンナノチューブは優れた電気的性質や熱伝導性を有したナノ材料であり、内部のナノスケールの空洞に様々な物質を内包させることでカーボンナノチューブ固有の物性を制御する研究が注目されています。これまで、内包物質の影響によるカーボンナノチューブの電気的性質の変化を実証した研究は報告されていますが、熱物性に及ぼす影響に関してはナノスケールの実験試料に対する熱伝導計測が困難であることから明らかにされていませんでした。

東京大学大学院工学系研究科の児玉高志特任准教授（当時：スタンフォード大学機械工学専攻リサーチアソシエイト）とスタンフォード大学機械工学専攻のKenneth E. Goodson教授、東京大学工学系研究科の大西正人特任研究員、志賀拓麿助教、嶋田行志助教、塩見淳一郎准教授、名古屋大学理学研究科の篠原久典教授らの共同研究グループは、ナノスケールの材料の熱伝導率を評価するために必要な"サスペンション構造"を効率良く製作することができる独自の微細加工技術を開発し、単層カーボンナノチューブへフラーレンを内包させることにより熱伝導率の低下と熱起電力の上昇が同時に起こることを発見しました。そしてこれらの物性変化が、内包させたフラーレンとの相互作用による単層カーボンナノチューブのひずみによって生じることを物理シミュレーションによって解明しました。

この結果は異なる内包材料を利用することでカーボンナノチューブの熱伝導性を柔軟に制御できる可能性を示しており、カーボンナノチューブの優れた熱伝導性を利用した熱機能界面材料や熱電変換素子などの工学デバイスの材料設計や性能向上に貢献することが期待されます。

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Nature Materials：https://www.nature.com/articles/nmat4946

名古屋大学：http://www.nagoya-u.ac.jp/about-nu/public-relations/researchinfo/upload_images/20170731_sci_2.pdf