分子修飾界面における固液・固体間界面熱抵抗のナノスケール解析およびソフトな固液界面における界面親和性の定量評価手法の開発菊川　豪太

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菊川　豪太（ 東北大学 ） 　メンバーページ

研究目的

  • SAMをはじめとした有機分子修飾膜による局所的な固液界面熱抵抗の低減効果について、分子動力学（MD）シミュレーションを用いて解析する。実際のデバイス実装を考慮し、種々の液体（TIMを含む）や固体材料に適した分子修飾膜の模索を行う。
  • SAMによる固体表面間の直接接合（分子接合界面）における界面熱抵抗について解析し、高効率な熱輸送パスを拡充させる機構の模索を行う。
  • 表面間のTIMの浸透を支配する要素である固液間の界面親和性について、統計力学的手法によって定量評価を行い、有機分子膜などソフトな界面での濡れ性の分子スケールメカニズムを明らかにする。
  • 実験研究グループとの連携による相補的な研究によって、大幅な熱抵抗低減を実現する新たな分子機構を持つ分子修飾膜の提案を行う。


SAM–液体界面のMD計算モデル。SAM修飾が界面熱抵抗低減に有効であることを初めて示し[1]、種々のSAM–液体界面における界面熱輸送特性の解析を行った [2,3] 。
[1] Kikugawa, G. et al., J. Chem. Phys., Vol.130 (2009), 074706.
[2] Kikugawa, G. et al., ASME J. Heat Trans., Vol. 136 (2014), 102401.
[3] Kikugawa, G. et al., Int. J. Heat Mass Trans., Vol. 78 (2014), pp. 630–635. 


非平衡分子動力学法によるSAM–液体界面熱輸送特性の解析

全体計画の中での意義

  • 多種多様な有機分子修飾膜の解析を実現する分子シミュレーション基盤の構築を通じ、界面物性の解析を行うと共に、それを支配する分子スケールメカニズムを明らかにする。
  • 理想的な状態の固体表面の分子モデリングによって、実際の系における様々な影響要因（表面粗さや不完全な表面修飾状態など）を排除した状態での熱輸送や親和性のリファレンス値を提供し、実験研究との有機的なマッチングを図る。

研究計画と方法

  • (1年目) 各種SAM修飾界面における界面熱抵抗を解析。界面親和性評価の基礎理論拡張に着手。
  • (2年目) SAMによる分子接合界面を対象とした分子モデリング
  • (3年目) 分子接合界面における固体間界面熱抵抗を解析。SAM–液体界面における界面親和性の定量評価。
  • (4年目以降)実際的な状況での界面特性予測のためのスケールアップ手法の開発。これまでの成果を踏まえ、熱抵抗低減を実現する新たな分子修飾膜の提案を行う。

目標

  • (3年間) 有機分子修飾膜における界面熱輸送特性および界面親和性の定量評価のためのシミュレーション基盤の構築
  • (5.5年間)大幅な熱抵抗低減を実現する新しい有機分子修飾膜の提案

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