成果報告書詳細
管理番号20120000001055
タイトル平成20年度~平成23年度成果報告書 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)(1)
公開日2012/9/21
報告書年度2008 - 2011
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
和文要約件名:平成20年度?平成23年度成果報告書 「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)」
本研究開発は、従来の複合材料におけるトレードオフ(相反機能)を、ナノレベルでの界面・分散・構造制御で解消し、相反機能を合目的的に制御・実現することができる技術あるいはそれに資する技術の開発を目的とし、特に、絶縁性高熱伝導性樹脂複合材料の開発に関するものである。開発目標を達成するために、超ハイブリッド材料の構成要素である、高熱伝導性フィラー、高熱伝導性マトリックス樹脂およびフィラーの表面修飾に関する基盤技術、複合材中の熱伝導パスの構造形成のための混合・成形技術、超ハイブリッド材料の設計・開発を支援する評価・解析技術について検討を行い、それらを統合した材料創製技術、の4つに分けて研究開発を行った。「相反機能発現のための基盤技術開発」のうち、「絶縁性と高熱伝導性を有する無機材料の開発」については、高熱伝導性が期待できる様々な形態の無機ナノ粒子の合成を検討し、二酸化チタン被覆銀ナノロッド、窒化ホウ素ナノプレート、窒化ケイ素ナノワイヤーの合成に成功した。フィラーのさらなる高熱伝導化のための合成条件を確立した。また、「液晶性エポキシ樹脂の開発」については、ターフェニル型液晶性エポキシ樹脂の磁場印加による液晶ドメイン配向促進による熱伝導率の向上を確認した。また、熱伝導性フィラーの充填量と磁場配向による熱伝導率向上効果の関係について検討した。さらに、「無機材料の表面修飾技術開発」については、シランカップリング剤による熱伝導性フィラーの表面修飾条件と修飾構造評価方法を確立した。窒化ホウ素に対する表面処理が、粘度低下、熱伝導率向上、強度向上に効果があることを確認した。「相反機能材料創製プロセス基盤技術開発」のうち、「浸漬型ナノ被覆プロセス技術開発」については、高熱伝導性高分子繊維表面を高熱伝導性フィラーで被覆した高熱伝導性複合繊維の作製を検討した。また、「ハイブリッド材料成形プロセス技術開発」については、射出成形の流動場を利用したフィラー配向制御を検討し、特殊な金型構造により熱伝導率の異方性制御を可能にした。また、ハニカム構造による少量の熱伝導性フィラーによる高熱伝導化を確認した。さらに、高充填成形が可能で熱伝導率がほぼ等方的な材料が、粉体の凝集崩壊特性の制御により得られることを見出した。「材料設計に資する統合評価・支援技術開発」のうち、「超ハイブリッド材料における熱物性計測法の開発」については、ナノ粒子薄膜(数?20μm)の熱伝導率評価技術を確立した。また、熱物性顕微鏡による熱浸透率分布と超ハイブリッド材料の構造との相関等について検討した。さらに、「材料設計に資する統合評価・支援技術開発」については、熱物性顕微鏡像のゆらぎ解析による超ハイブリッド材料構造のパラメータ化について検討した。また、材料データベースのニューラルネットワーク解析による情報抽出の可能性についても検討した。「超ハイブリッド材料創製技術開発」について、以上の各基盤技術における結果を統合し、粒子特性が制御された熱伝導性フィラーを用い、混合成形プロセスを選択することにより、熱伝導率が40W/m・Kを超え、他の物性についても最終目標を達成した材料を得た。さらに、この材料は面内方向と厚み方向の熱伝導率異方性が小さいという優れた特長を有する。
英文要約Title: Technological Development of Super-hybrid Materials (Technological Development of Materials Synthesized the Incompatible Multi-functions by Nano-scale Structure Control) (FY2008-FY2011) Final Report
We researched [1] the fundamental technologies of high thermal conductive fillers (HTCF), high thermal conductive polymer matrices and surface modification of HTCF which are component parts of super-hybrid materials (SHMs), [2] the dispersion and molding technologies for the formation of effective thermal conductive paths, [3] the evaluation and analytical technologies to support the design and the production of SHMs and [4] their integrated technology to create the SHMs. [1]-1 Development of the inorganic materials with both insulating performance and high thermal conductivity: We synthesized several shapes of inorganic fillers which are expected with high thermal conductivity and succeeded in the synthesis of Ag nano-rods coated by TiO2, BN nano-plates and Si3N4 nano-wires. [1]-2 Development of the liquid crystal (LC) epoxy resins: We found that the thermal conductivity of epoxy resins with terphenyl groups is increased by the promoted orientation of LC domains under application of magnetic field. And we researched the relationship between the concentration of thermal conductive fillers and the thermal conductivity of the LC epoxy composites produced in the magnetic field. [1]-3 Development of the surface modification technologies on inorganic fillers: We established the technologies to modify the high thermal conductive fillers by silane coupling agents and the evaluation method of the modified surface structure. [2]-1 Development of the nano-coated process by immersion: We researched the production process of super-hybrid fibers, which are the high thermal conductive polymeric fibers coated with high thermal conductive fillers. [2]-2 Development of the molding process for SHMs: We found that the controlled fillers in aggregating and disintegrating performance allowed the moldability in higher filler concentration and the isotropy in thermal conductivity. [3]-1 Measurement technologies of thermophysical properties for SHMs: We researched the relationship between the distribution of thermal diffusivity by thermophysical microscope and the structure of SHMs. [3]-2 Novel computing analysis for SHMs: We researched the structural parameters of SHMs from the fluctuation analysis in the imaging data of thrmophysical microscope. And also we tried the prediction of thermal conductive properties by extracting the structural information from neural network analysis of the material database. [4] Integrated technology to create the SHMs: We obtained the materials with the properties of final target, including high thermal conductivity above 40W/m.K, by using of the properly controlled fillers and applying the appropriate dispersing and molding process. Furthermore the materials have excellent advantage of isotropic thermal conductivity.
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