包物質 用い 単層カ ン チュ 熱伝導性 制御
～カ ン チュ 用い 熱 バイ 新 設計指針～
発表者：
児玉 高志 東京大学大学院工学系研究科機械工学専攻 特任准教授
研究当時： タン 大学機械工学専攻 サ チア イ 篠原 久典 古屋大学大学院理学研究科物質理学専攻 教授
塩見 淳一郎 東京大学大学院工学系研究科機械工学専攻 准教授 Kenneth E. Goodson タン 大学機械工学専攻 教授
発表 イン ：
◆独自 熱伝導率評価技術 利用 単層カ ン チュ
ン 包 熱伝導率 低 熱起電力 昇 時 示 明
◆ 未解明 あ 包物質 カ ン チュ 熱伝導性 変調効果 世 界 初 実証
◆異 物質 包さ 熱伝導性 さ 大 く変化さ 可能性 あ 廃 熱回収 熱電変換材料 カ ン チュ 利用 熱 バイ 性能向
貢献 期待さ
発表概要：
カ ン チュ 優 電気的性質や熱伝導性 有 材料 あ 部 空洞 様々 物質 包さ カ ン チュ 固有 物性 制御
研究 注目さ い 包物質 影響 カ ン チュ 電気的性
質 変化 実証 研究 報告さ い 熱物性 及ぼ 影響 関 実験試料 対 熱伝導計測 困難 あ 明 さ い
東京大学大学院工学系研究科 児玉高志特任准教授 当時： タン 大学機械工学専 攻 サ チア イ タン 大学機械工学専攻 Kenneth E. Goodson教授 東京大学工学系研究科 大西 人特任研究員 志賀拓麿助教 嶋 行志助教 塩見淳一郎准教
授 古屋大学理学研究科 篠原久典教授 共 研究 材料 熱
伝導率 注 評価 必要 "サ ン ョン構造" 注 効率良く製作 独自 微細 工技術 開発 単層カ ン チュ へ ン 包さ
熱伝導率 低 熱起電力 注 昇 時 起 発見
そ 物性変化 包さ ン 相互作用 単層カ ン チュ
ひ 生 物理 ュ ョン 解明
結果 異 包材料 利用 カ ン チュ 熱伝導性 柔軟 制御 可能性 示 カ ン チュ 優 熱伝導性 利用 熱機能界面材 料や熱電変換素子 工学 バイ 材料設計や性能向 貢献 期待さ
発表 容：
カ ン チュ 優 電気伝導性や熱伝導性 示 筒状チュ 構造 構造 体 あ 半導体 バイ 電気素子や熱界面材料 熱電変換 バイ 様々 用途 産
業応用 進行 い カ ン チュ そ 部 形成さ 空洞
様々 機能性物質 包さ そ 包さ ン 単層カ
ン チュ バン ャッ 注 変調さ 2002年 報告さ 以降 包 物質 利用 カ ン チュ 固有 物性 変化 与え 試 学術的 工学的 大
注目 集
う 背景 包物質 カ ン チュ 熱伝導性 う 影響 及ぼ
い 高い関心 寄 い 実験報告 皆無 そ 理
材料 熱伝導率 計測 技術的 極 難 い点 挙 材料 熱伝導率 評価 試料 温度勾配 与え 測 点 間 温度差 試
料 通過 熱流 確 量 必要 あ 熱 い 媒体 散逸
う 測 対象 場合 量 極 難 く 例え 図 う 熱伝
導率 評価 必要 測 構造全体 浮 周辺環境へ 熱散逸 抑制さ サ ン ョン構造 用意 さ そ 測 構造へ実験試料1本 橋渡 さ 必要
あ 測 試料1本 思い通 脆く壊 や いサ ン ョ
ン構造へ橋渡 さ 極 困難 計測 バイ 作製 材
料 熱伝導性 測 技術的 大 課題 い
児玉高志特任准教授 当時： タン 大学 サ チア イ Kenneth E.
Goodson教授 タン 大学 研究チ 研究 ッ い 熱
伝導率計測 バイ 製作過程 着目 犠牲材料 注 周期的 縦 埋 込 基板 利用 熱伝導率計測 バイ 新 い微細 工技術 開発 成 手法 用い
場合 図 う 手順 サ ン ョン構造 製作工程 あ 実験試料 組
込 困難 あ 実験試料1本 サ ン ョン構造へ導入
作業工程 省く 可能 試料 熱伝導率計測 バイ 量産
う そ 結果 多数 実験結果 実験試料 熱伝導率 統計的
評価 う 異 試料間 熱伝導率 違い 厳密 比較 可
能
本研究 技術 活用 東京大学 嶋 行志助教や 古屋大学 篠原久典教授 研究チ 合成 3種類 異 ン 密 詰 単層カ ン チュ
バン 注 対 熱伝導率や熱起電力 評価 行い ン 包さ
い い空 単層カ ン チュ 測 結果 比較 図 う
ン 包さ 試料 室温 い 熱伝導率 50%程度低く や熱起電力 40%程度大
く 解明 さ 熱伝導率 温度依存性 計測 図 う
包さ ン 大 さ 依存 熱伝導率 示 温度 低温領域へ わ
実験結果 説明 大西 人特任研究員 志賀拓麿助教 塩見淳一郎准教
授 東京大学 研究チ 分子 ュ ョン 行い ン 包 熱伝導
率 抑制さ カ 検討 そ 結果 密 包さ ン 相互作
用 単層カ ン チュ 生 周期的 ひ 熱伝導率 低 や温度依存
性 変化 生 出 わ 熱起電力 昇 様 単層カ ン チ
ュ ひ ッ 係数 注 変化 包括的 説明 突
今回 結果 化学的性質やサイ 異 材料 包さ カ ン チュ
熱伝導性 さ 大 く変化さ 可能性 示 ン ン ア ン
いう観点 学術的 極 意義 あ 研究成果 熱界面材 料や熱電変換 バイ カ ン チュ 熱伝導性 有効利用 様々 応用 バイ
提案さ い 例え 本研究 解明さ カ ン チュ へ ン
包効果 熱電変換素子 非常 好 い物性変化 あ 今回 発見 今後 熱 バイ 材料設計や性能向 貢献 期待さ
本研究 一部 国立研究開発法人科学技術振興機構 JST 戦略的創造研究推進事業 CREST カ サ 機能化 多機能汎用熱電 バイ 開発 科学研究費補
助金 基盤研究B ン ン ア ン 高度 熱輸送制御 支援
行わ 発表雑誌：
雑誌 ： Nature Materials Vol. (2017) pp
論文タイ ：Modulation of thermal and thermoelectric transport in individual carbon nanotubes by fullerene encapsulation
著者：Takashi Kodama*, Masato Ohnishi, Woosung Park, Takuma Shiga, Joonsuk Park, Takashi Shimada, Hisanori Shinohara, Junichiro Shiomi, and Kenneth E. Goodson* DOI番号：10.1038/nmat4946
用語解説：
注 熱伝導率：材料 熱 伝えや さ 表 物性値 法則 従 温度差 試 料 伝わ 熱流束 決 さ
注 サ ン ョン構造： 方基板 除去 支持構造 吊 構造 注 熱起電力：2種類 材料 両端 繋い 閉回路 い 両端 与え 温度差 依存
生 起電力
注 バン ャッ ：物質 電子 状態 表 バン 構造 い 電子 占有さ 価 電子帯 頂点 伝導帯 底部 間 差
注 犠牲材料：微細 工工程 最終的 除 材料 部 配置 材料 サ ン ョン構造 製作 際 利用さ
注 バン ：カ ン チュ 束
注 ッ 係数： 熱起電力 大 さ 決 材料固有 物性値
添付資料：
図 (a)熱伝導率計測 バイ 電子顕微鏡像 (b)本研究 計測 行 ン 包 単層カ ン チュ 透過型電子顕微鏡像 (c)本研究 開発さ 計測 バイ 微細
工手順 示 模式図 電子顕微鏡像
図 (a)常温 空 単層カ ン チュ 3種類 ン 包カ ン チュ 熱伝導率 熱起電力 測 結果 (b)そ 温度依存性実験 結果
