成果報告書詳細
管理番号20110000001189
タイトル*平成22年度中間年報 超ハイブリッド材料技術開発(ナノレベル構造制御による相反機能材料技術開発)(4)
公開日2011/9/9
報告書年度2010 - 2010
委託先名三菱化学株式会社
プロジェクト番号P08022
部署名電子・材料・ナノテクノロジー部
和文要約和文要約等以下本編抜粋:1. 研究開発の内容及び成果等
平成20年4月16日付け委託契約に記載の研究開発項目に準じ、
研究開発項目(2) 相反機能発現のための基盤技術開発
(2)~1 絶縁性と高熱伝導性を有する無機材料の開発
(2)~2 液晶性エポキシ樹脂の開発
(2)~3 無機材料の表面修飾技術開発
研究開発項目(3) 相反機能材料創製プロセス基盤技術開発
(3)~1 浸漬型ナノ被覆プロセス技術開発(平成20年度で終了)
(3)~2 ハイブリッド材料成形プロセス技術開発
研究開発項目(4) 材料設計に資する統合評価・支援技術開発
(4)~1 超ハイブリッド材料における熱物性計測法の開発
(4)~2 材料設計に資する統合評価・支援技術開発
研究開発項目(1) 超ハイブリッド材料創製技術開発
の各項目の研究開発を実施し、それぞれの項目について下記のような成果を得た。
(1) 研究開発項目(2) 相反機能発現のための基盤技術開発
(2)~1 絶縁性と高熱伝導性を有する無機材料の開発(実施体制:香川大学、三菱化学株式会社)
高熱伝導性超ハイブリッド材料に不可欠な絶縁体セラミックスフィラー開発として、本年度は、フィラー同士の接触熱損傷を防ぐことが期待される一次元ナノ構造を持つSi3N4ナノワイヤーと、ハニカム構造の作製に有効なBNナノ粒子の高熱伝導化を検討すると共に、エポキシとのハイブリッド材料を作製し、その熱伝導についても評価を行った。
Si3N4ナノワイヤーの検討としては、これまでの成果を踏まえ、その合成条件の検討、さらにエポキシ/ Si3N4ハイブリッド材料の作製および熱伝導率測定を行った。また、BNナノ粒子の高熱伝導化として、既存BNナノ粒子を用いた高熱伝導性フィラーの合成について検討した。
その結果、以下のようなことがわかった。1)シリカ、カーボン、触媒金属の均一混合物からSi3N4ナノワイヤーを合成する場合、熱処理時の窒素ガス圧を9.5atmに上げることにより、1850℃での熱処理が可能になり、β-Si3N4ワイヤー収率を向上させることができた。2)1)のSi3N4ナノワイヤーを60vol%含むエポキシ/ Si3N4ハイブリッド材料は、ワイヤー配向方向に約8.2W/mK、その垂直方向に5.6~8.2W/mKの高熱伝導を示した。また、3)高結晶性BN粒子の凝集体をフィラーとして添加することにより、超ハイブリッド材料の熱伝導性を向上させることに成功した。
英文要約[1] Development of Novel Technologies for Super-Hybrid Materials: We succeeded in developing materials synthesized the incompatible functions which are high thermal conductivity and low viscosity. The final target was achieved by the research on the synergistic relationship between thermal conductivity and rheological behavior of composites. We are promoting to transfer this technology into active use with our customers. [2] Development of Fundamental Technologies for Compatibility among Incompatible Multi-functions: We improved the yield of β-Si3N4 nanowire by optimization of synthetic conditions. The thermal conductivity of epoxy composite with 60wt% β-Si3N4 nanowire indicated 8.2Wm-1K-1 in-plane and 5.6-8.2Wm-1K-1 in the thickness direction. The thermal conductivity of cured and oriented smectic liquid crystal epoxy resin in the magnetic field of 1T was 0.7Wm-1K-1. It was shown that both mesogen groups and platy boron nitride (BN) orient along the magnetic field direction by curing of uncured liquid crystal epoxy resin/BN compounds in the magnetic field. We succeeded in modifying the highly thermal-conductive BN particles with organic-inorganic hybrid compound (alkoxysilanes compound), by activating the surface of BN particles. [3] Development of Fundamental Production Technology for Materials with Incompatible Multi-functions: We found that the liquid-solid transition point of uncured compounds plays an important role in the behavior of both thermal conductivity of the composites and rheology of the compounds. Further, we also researched the molding process and reached predetermined properties as our goal. [4] Development of Integrated Evaluation Technology and Supporting Technologies for Material Design: We developed the measurement technology of temperature profile around heating spot of 20um diameter as sophisticated thermoreflectance system. We verified the quantitative accuracy of thermal effusivity in the range from quartz glass to silicon single crystal. We expanded the material database including thermal conductivity and the other properties for actual use. We obtained some improved approximate expressions of the relationship between thermal conductivity and filler concentration of composites by analyzing their data.
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