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長岡技科大、無機充填材のフィラーを一方向に並べる電場配向技術を開発

日刊工業新聞
長岡技科大、無機充填材のフィラーを一方向に並べる電場配向技術を開発

Nagaoka_tech_univ_filler_image.jpg
フィラーが柱状に並んだイメージ図
厚さ250マイクロメートルの樹脂膜を、直径50マイクロメートルのフィラーが円柱構造となって貫通している(左)。
フィラーは直径10マイクロメートルの粒子が集まってできている

長岡技術科学大学大学院技学研究院の中山忠親准教授は、樹脂中で熱伝導率を高める
無機充填材のフィラーを一方向に並べる電場配向技術を開発しています。


「ナノ秒パルス電源」を作製し、高電圧を瞬間的にかけることで樹脂が壊れないよう工夫を施しています。
熱伝導率は樹脂とフィラーを混合しただけの時の6倍になったとのこと。

電子機器の小型化により、微小部分に熱がこもって悪影響を及ぼす問題が注目されています。
特に眼鏡型や腕時計型のウエアラブル端末は肌に接するため、十分な放熱性を確保する必要があります。
これに対して絶縁性で柔らかいシリコーンゴム樹脂に、熱伝導率の高い無機粒子を充填材のフィラーとして
混合した材料などが、機器の熱制御デバイスに活用されています。
しかし、フィラーを一定の方向に連ねて、熱を伝える経路をつくるのが難しいとされています。

今回、磁石の磁力線に沿って砂鉄を並べるようにフィラーを並べています。
配向性を高めるには高い電場が必要ですが、絶縁体の破壊が起こってしまします。
そのため短時間だけかけられる電源を開発し、フィラーの化学構造も工夫したとのこと。
具体的にはシリコーンゴムの絶縁破壊電圧の20倍以上の高電圧を、
100ナノ秒以下だけかけて配向させています。

これにより電気力線に沿って柱状のフィラーを配列させています。
膜を貫通させてその方向に放熱性、垂直方向に断熱性を持たせられています。
セラミックスやダイヤモンドなど多様なフィラーで柱の場所や太さを変えたり、
熱のパスをU字型にできることを確認しています。

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