고 브라이스 조명 과학 센터 (JASRI)와 바카라 커뮤니티 (AIST)는 공동으로 "Carbon Nanotube "Forest""고밀도로 자랍니다대형 싱크로스크 시설 Spring-8로 명확 해졌습니다 이 성과는 정보 장비를 효율적으로 냉각하기 위해 열 소산 재료의 개발을 촉진 할 것으로 예상됩니다
컴퓨터 및 스마트 폰과 같은 정보 장치는 우리의 삶과 사무실 작업에서 널리 사용되며 인터넷을 통해 항상 다양한 정보를 얻을 수 있습니다 다른 한편으로, 정보 순환은 향후에 더욱 증가 할 것으로 예상되며, 경제 무역 및 산업부에 따르면 2025 년까지 정보를 저장하는 서버를 포함한 정보 장비의 전력 소비는 국내 총 전기의 20%를 차지할 것으로 추정됩니다 따라서 정보 장비의 전력 소비를 줄이는 것은 지속 가능한 에너지 사회를 실현하는 데 중요한 문제입니다 대책 중 하나는 정보 장비의 효율적인 냉각입니다 정보 장치는 컴퓨터 나 스마트 폰을 사용하는 동안 따뜻하게 느끼는 것처럼 내부적으로 열을 생성합니다 장치의 온도가 높을수록 전류가 흐르면 전력 소비가 증가합니다 따라서 정보 장비의 효율적인 냉각이 필요합니다
냉각 정보 장치의 경우, 장치 내부에서 생성 된 열을 효율적으로 방출하는 데 열 소산 재료라는 재료가 중요합니다 안전한 바카라 사이트 나노 튜브는 현재 사용되는 열 소산 재료 중 하나 인 인듐보다 30 배 이상의 열 전도도를 갖기 때문에 우수한 열 소산 물질 일 것으로 예상됩니다 그러나, 안전한 바카라 사이트 나노 튜브는 1 내지 수십 개의 nm의 두께를 가질 수있다 (NM은 나노 미터로, 1 nm은 1mm의 길이의 백만 분의 1 인치)를 가질 수 있으므로 열 소산 재료로 사용하려면 많은 안전한 바카라 사이트 나노 튜브 (안전한 바카라 사이트 나노 튜브의 "숲")의 묶음이 필요하다 그러나 전통적인 방법을 사용하여 성장한 "숲"은 밀도가 낮았으며 사용할 수 없었습니다 최근 AIST Research Group은 전통적인 방법에 비해 밀도의 20 배를 가진 "숲"을 성장시키는 방법을 개발했습니다 그러나 숲의 높은 밀도의 이유는 알려져 있지 않았습니다 숲의 밀도를 더욱 증가 시키려면 그 이유를 알아야합니다 따라서 이번에는 Jasri와 AIST 연구 그룹이 Spring-8을 사용한 고밀도의 이유를 명확히하려고 노력했습니다 토양 조건이 목재 숲의 성장에 영향을 미치는 것처럼, 안전한 바카라 사이트 나노 튜브 "숲"은 토양과 동일합니다촉매영향을 줄 것입니다 따라서, 우리는 세 가지 유형의 측정 방법을 사용하여 산림의 성장 과정에서 촉매 상태를 신중하게 분석했습니다 결과적으로, 이전보다 낮은 온도 환경에서의 성장과 촉매베이스는 촉매가 고밀도 "숲"의 성장에 적합하게 만드는 역할을한다는 것이 밝혀졌다 이들 결과에 기초하여, 촉매 및 그 기초 물질에 대한 추가 개선은 고밀도 안전한 바카라 사이트 나노 튜브의 "숲"의 성장을 허용 할 것이다 이 연구 결과는 안전한 바카라 사이트 나노 튜브를 사용한 열 소산 재료를 즉시 실현할 것으로 예상됩니다
이 연구의 결과는 Jasri의 Takakeyuki의 수석 연구원 그룹과 AIST에서 공동 연구 당시에 제휴 한 특수 집중 연구 전문가 Nihei Mizuhisa 그룹에 의해 공동으로 조사되었으며, International Accessography (IUCRJ)에서 온라인으로 출판되었습니다
이 연구는 과학 기술 협의회가 제도적으로 설계 한 최첨단 연구 개발 지원 프로그램 (1)을 통해 과학 촉진을 위해 일본 사회를 통해 부여되었습니다
지금까지 안전한 바카라 사이트 나노 튜브를 사용하는 열 소산 재료에 대한 많은 연구 보고서가 있었지만 열전도도는 불충분했습니다 이것은 안전한 바카라 사이트 나노 튜브의 "숲"입니다 (Carbon Nanotube Forest: Carbon Nanotube Forest)가 원인입니다
산림을위한 안전한 바카라 사이트 나노 튜브를 재배하는 방법으로열 화학 증기 증착 방법 (열 CVD 방법)알려져 있습니다 전형적인 열 CVD 방법은도 1에 도시 된 공정이다 첫째, 아이언 필름은 알루미나 (산화 알루미늄)로 만들어진 기판의 촉매로서 여러 nm의 두께로 만들어진다 안전한 바카라 사이트 나노 튜브를 목재와 비교하면 촉매는 토양 역할을합니다 이 철은 초기에 산화되어 있습니다 (산소와 녹슬 낼 때 "산화"라고합니다) 그런 다음이 철분을 진공 용기에서 약 800 ° C로 가열하여이를 줄입니다 (녹을 제거하기 위해 산소를 줄이는 것을 "감소"라고 함) 이 감소 된 철은 알루미나와 같은 산화물에 비드 유사 입자를 형성하는 경향이있다 이것은 물방울이 우산의 구슬로 변하는 방식과 비슷합니다 아세틸렌과 같은 안전한 바카라 사이트가 포함되어 있습니다원료 가스삽입되면, 단일 안전한 바카라 사이트 나노 튜브가 하나의 철 입자에서 자랍니다 다시 말해, 고밀도의 "숲"을 만들려면 밀도의 감소 된 철 입자를 생성해야합니다
AIST 그룹은 안전한 바카라 사이트 나노 튜브 "Forest"의 밀도를 높이기 위해 열 CVD 방법을 개선했습니다단계 메소드라는 성장 방법을 개발했습니다 단계 방법의 특징 중 하나는 촉매 아래에 티타늄베이스 (1 nm 두께)를 철 (2 nm 두께)에 놓는 것입니다 (그림 2) 또 다른 특징은 아세틸렌이 450 ℃의 저온에서 첨가된다는 것이다 AIST 그룹은 철/티타늄을 800 ℃에 놓은 경우를 비교 한 후 아세틸렌을 그룹을 450 ℃에 놓은 경우에 첨가하고, 후자의``숲 '의 밀도가 전자보다 20 배 더 높다는 것을 발견했다 이것은 열 소산 재료의 실제 사용에 더 가깝게 만드는 성과이지만 이상하게도 450 ° C의 온도는 일반적으로 철을 줄이기에는 너무 낮습니다 그럼에도 불구하고, 나는 울창한 "숲"이 왜 자랐는지 몰랐습니다 고밀도의 이유를 이해할 수 있다면, 우리는 고밀도에 필요한 촉매 조건을 더욱 향상시킴으로써보다 밀도가 높은 "숲"을 만들 수있을 것으로 기대할 수 있습니다 따라서 Jasri와 AIST 사이의 공동 연구 그룹은 3 개의 Spring-8을 발표했습니다빔라인의 분석기 사용 (BL17SU, BL27SU, BL47XU) 단계 방법의 성장 과정에서 촉매 상태를 분석 하였다
첫째, 800 ° C에서 성장할 때 저밀도의 원인을 조사하려면광전자 현미경 (PEEM)를 사용하여 그림 2에서 샘플을 가열하는 동안 표면이 관찰되었습니다 Peem은 싱크로트론 방사선을 사용하는 현미경으로 철 및 티타늄과 같은 요소를 식별하고 샘플을 관찰 할 수 있습니다 실험은 BL17SU로 수행되었다 그림 3은 관찰을 보여줍니다 사진의 밝은 반점에는 많은 철이 있습니다 실온 (도 3 (a))에서, 철은 샘플 표면을 가로 질러 균일하게 퍼지고있다 450 ° C (그림 3 (b))에서도 철은 여전히 균일합니다 아마도 수많은 철 입자 (수십 년에서 수십 개의 nm)가있을 수 있으며, 이는 매우 괜찮아 PEEM으로는 관찰 할 수 없어 안전한 바카라 사이트 나노 튜브의 성장에 적합합니다 그러나 800 ℃ (그림 3 (c))에서 철은 더 이상 균일하지 않으며 패턴이 산산조각이납니다 어두운 지역에는 철이 없기 때문에 안전한 바카라 사이트 나노 튜브는 자라지 않습니다 따라서, 아세틸렌이도 3 (c)에 도시 된 상태의 철에 주어 지더라도 저밀도 "숲"만 자라게됩니다 이 결과는 저온에서의 성장이 산림의 밀도를 높이는 데 유리하다는 것을 보여줍니다
그러나, 단계 방법에서 450 ℃의 온도는 일반적으로 너무 낮아서 산화 된 철을 감소시킨다 너무 부드러운 엑스레이광전자 분광법(sxpes : sxpes) SXPES는 시편의 표면을 분석하는 데 특화 되어이 샘플에서 철층을 분석하는 데 이상적입니다 (그림 2) 또한 이제 스프링 -8 SXPES 장치를 개선하여 가열 중에 분석 할 수있었습니다 실험은 BL27SU로 수행되었다 그림 4 (a)는 결과를 보여줍니다 실내 온도 결과 (파란색)는 산화 된 철의 피크만을 나타내므로, 가열 전 철이 완전히 산화된다는 것을 알 수 있습니다 그러나, 450 ℃ (빨간색)에서의 결과에서 감소 된 철 피크는 상당히 더 큽니다 비교를 위해, 티타늄 기질이없는 샘플도 분석되었지만 (도 4 (b)), 450 ℃에서 감소 된 철 피크는 거의 크지 않았다 이 결과는 단계 방법에 사용 된 철 촉매가 450 ℃에서 예상보다 더 많이 감소했음을 보여준다 또한 티타늄은 이것에 특별한 기능을 할 것으로 예상되었습니다
티타늄베이스의 작동 방식을 명확히하기 위해 하드 X- 선 광전자 분광법 (HAXPES)을 사용했습니다 Haxpes는 Spring-8으로 개발 된 분석 방법이며 SXPE보다 샘플의 더 깊은 부분을 분석하여 철 아래의 티타늄 층을 분석 할 수 있습니다 실험은 BL47XU로 수행되었다 그림 5는 분석 결과를 보여줍니다 실온 (파란색)에서 티타늄 층은 주로 티타늄 일산화 티늄 및 이산화 티타늄으로 구성되어 있음을 알 수 있습니다 반면, 450 ° C (빨간색)에는 이산화 티타늄 만 존재합니다 이산화 티타늄은 티타늄 일산화 티타늄보다 더 빠르게 산화되며 티타늄은 완전히 산화됩니다 SXPE의 결과와 결합하여 철분은 450 ℃에서 감소하고 티타늄이 산화 된 티타늄은 상부 층의 철 내 산소를 흡수 함을 의미한다 티타늄베이스는 450 ° C의 저온에서도 철을 감소시킬 수 있음이 밝혀졌습니다
마지막으로 일련의 성장 과정,X- 선 흡수 분광법 (XAS)12779_13220흑연 (흑연)에 고유합니다 이 결과는 비교적 고품질 안전한 바카라 사이트 나노 튜브가 증가하고 있음을 보여줍니다 또한, 우리는 또한 비교를 위해 티타늄베이스없이 샘플을 재배하려고 시도했지만 철은 완전히 감소되지 않았으며 "숲"은 자라지 않았습니다 (그림 6 (b)) 결국, 티타늄베이스의 존재는 저온에서 산림의 성장에 중요한 역할을했습니다
그림 8 은이 연구에서 명확하게 설명 된 단계 방법을 사용하여 안전한 바카라 사이트 나노 튜브 "Forest"의 밀도를 증가시키는 메커니즘을 요약합니다 먼저, 실온의 시작 부분에서 철은 완전히 산화되었으며 티타늄베이스는 약간 산화되었습니다 온도가 증가함에 따라 티타늄베이스는 철에서 산소를 흡수하기 시작합니다 450 ℃에서, 티타늄베이스는 완전히 산화되어 철분이 입자로 바뀌기에 편리한베이스가된다 (철이 산화물의 입자로 변하는 경향이 있기 때문에) 또한, 철은 저온에서 감소하여 고밀도 입자를 허용합니다 마지막으로, 아세틸렌이 첨가 될 때, 고밀도 안전한 바카라 사이트 나노 튜브의 "숲"이 고밀도 입자 위에서 자랍니다 위에서 언급 한 바와 같이, 고밀도의 메커니즘이 명확 해졌다
이 결과는 저온 성장이 안전한 바카라 사이트 나노 튜브의 밀도를 증가시키는 데 유리하다는 것이 명확 해졌다 이번에는 위에서 언급 한 바와 같이 직접 아무것도 확인할 수 없었지만 450 ° C에서 산화 된 티타늄베이스는 철의 곡물을 촉진 할 것으로 예상됩니다 이것이 맞다면, 티타늄베이스의 초기 상태에서의 산화 정도는 고밀도 안전한 바카라 사이트 나노 튜브의 "숲"의 성장에 매우 중요합니다 티타늄이 처음부터 너무 산화되어 있다면 철에서 산소를 흡수 할 수 없으며, 반면에 티타늄이 450 ° C에서 불충분 한 경우 철 입자화를 촉진하지 않는 것으로 생각됩니다 앞으로, "숲"의 밀도를 더욱 증가시키고 열 소산 재료로 실용적으로 만들기 위해베이스의 산화 상태를 제어하는 것이 매우 중요해질 것으로 예상됩니다 이것이 우리가 성장 조건을 개선하는 것을 목표로 할 수 있다는 점 에서이 성취의 가장 큰 의미입니다
앞으로 손목 시계 및 안경과 같은 작은 정보 터미널이 나타날 것으로 예상되며, 일상 생활과 일뿐만 아니라 의료 환경에서도 널리 사용될 것입니다 다시 말해, 우리 사회가 처리하는 정보의 양은 미래에도 계속 증가 할 것이며 정보를 저장하는 서버를 포함한 정보 장비의 전력 소비도 빠르게 증가 할 것입니다 우리 사회를 지속 가능하게하기 위해서는 정보 장비의 전력 소비를 줄이기 위해 노력해야합니다 이 연구에서 목표로하는 안전한 바카라 사이트 나노 튜브를 사용하는 열 소산 재료가 실질적으로 사용되는 경우, 소규모 정보 터미널에서 슈퍼 컴퓨터에 이르기까지 모든 종류의 정보 장비에 적용될 것으로 예상되며, 지속 가능한 사회의 실현에 기여하여 에너지를 절약하는 데 효과적 일 것입니다