ウイルスでできた熱伝導フィルムを開発

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室温で乾かすだけ、緻密に整列集合

2018/04/03 東京工業大学 科学技術振興機構(JST)

ポイント
  • 有機系高分子材料は一般に熱伝導性が低く、電気・電子機器の速やかな放熱には従来不適だった。
  • 核酸の周囲にたんぱく質が規則的に集合化した高分子集合体である繊維状ウイルスでフィルムを作製し、優れた熱伝導材となることを解明。
  • 高い熱伝導性を持つ有機系高分子材料の簡便な作製方法の確立と、それに基づく新しい熱輸送の機構の解明に期待。

東京工業大学 物質理工学院 応用化学系の澤田 敏樹 助教、芹澤 武 教授、村田 裕太 大学院生(開発当時)らは、同学院 材料系の森川 淳子 教授、応用化学系の丸林 弘典 助教、野島 修一 教授との共同で、無毒でひも状の構造をもつウイルス(繊維状ウイルス)を集合化させて構築したフィルムが熱伝導材として機能することを発見した。

有機系高分子材料は一般に熱伝導性が低く、電気・電子機器の速やかな放熱には従来不適であった。その熱伝導性を向上させるには、向きを揃えて分子を並べる「配向処理」により共有結合を介して熱輸送する手法や、無機材料との複合化が有効とされていた。しかし近年では、生体が持つ階層的な集合化注1)といった固有の性質とそれによって構築される規則的な集合構造が、新素材として注目され始めている。

本研究グループは、水溶液を乾燥すると溶けていた分子が端の部分に集積する現象「コーヒーリング効果注2)」を利用した簡便な方法で、繊維状ウイルスを集合化させ、フィルムを構築した。この「ウイルスフィルム」は、端部において無機材料のガラスに匹敵する高い熱拡散率を示した。これにより同グループは、階層的に集合化する生体由来素材が、熱伝導材として有用であることを見いだした。ウイルスのみならずさまざまな天然由来素材の、デバイス材料としての研究開発につながると期待される。

このウイルスフィルムは、繊維状ウイルスの水溶液を室温で乾燥するだけで調製できる。本成果は今後、特別な操作を施すことなく温和な条件下で簡便に熱伝導材を構築する手法の確立や、共有結合を介さない新しい熱輸送の機構の解明にもつながると期待される。

本研究成果は科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業 さきがけ「熱輸送のスペクトル学的理解と機能的制御」(研究総括:花村 克悟 東京工業大学 工学院 教授)における「生体高分子の階層的な集合化を利用したナノスケール熱動態の理解と機能制御」(研究代表者:澤田 敏樹)の一環で行われた。

本研究成果は、2018年4月3日(英国時間)に国際科学雑誌「Scientific Reports」オンライン版に掲載される。

本成果は、以下の研究支援により得られた。

科学技術振興機構(JST) 戦略的創造研究推進事業 さきがけ

研究プロジェクト:「熱輸送のスペクトル学的理解と機能的制御」

研究総括:花村 克悟(東京工業大学 工学院 教授)

研究期間:平成29年度~32年度

研究課題:「生体高分子の階層的な集合化を利用したナノスケール熱動態の理解と機能制御」

研究代表者:澤田 敏樹(東京工業大学 物質理工学院 助教)

<研究の背景>

近年の電気・電子機器の小型化や高集積化に伴う発熱密度の上昇により、発熱位置から放熱材やヒートパイプへ速やかに熱輸送するための材料の創製が必須となっている。

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