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SFのキャラみたい!? 熱を一点に集める技術が研究されている!

2017.09.13

提供元:マイナビ進学編集部

SFのキャラみたい!? 熱を一点に集める技術が研究されている!

私たちの周りにある家電製品の多くに半導体が使われています。半導体は、電気を通す導体と電気を通さない絶縁体の両者の特徴を持ち合わせた物質で、電気の流れを制御する役割があります。例えばクーラーが細かく温度調整することができるのも半導体のおかげです。今回は、より高精度かつ安全な製品を作るために行われている半導体の熱をコントロールする技術、そして省エネルギーや環境保全に向けた熱の有効利用についてまとめてみました。

この記事をまとめると

  • 身近な電子機器のほとんどに半導体が使われている
  • 熱は電子機器の故障の原因となる
  • 半導体内の熱をコントロールする技術が急成長を見せている

厳しい品質管理が求められる半導体

エアコンや冷蔵庫、テレビといった一般的な家電製品にはじまり、パソコンや携帯電話、ゲーム機器など皆さんになじみ深いアイテムにも半導体は用いられています。とはいえ半導体は、これら製品の内部に格納されている上、そのサイズも非常に小さいので、私たちが普段目にすることはまずないといえるでしょう。

半導体はシリコン(ケイ素)でできた基盤の上に、トランジスタやコンデンサと呼ばれるさまざまな機能を持った半導体素子を載せて作られる電子部品の一つで、集積回路・ICチップと呼ばれています。

電子機器の小型化・軽量化に合わせて、半導体もより小さなものが製造されるようになりました。チップという名前のとおり、指先に収まるくらいの大きさのものもあれば、髪の毛の太さよりもさらに細い数十nm(ナノメートル)の大きさのものもあります。

熱を制することが、半導体製品の安全性につながる

まさに縁の下の力持ちのような存在の半導体ですが、熱に弱いという弱点があります。皆さんも携帯電話で長電話したときやスマホでインターネットを長時間使用したとき、電話本体が熱くなった覚えがあるかと思います。発熱の原因は、機器のスイッチをオンにして電流が流れることによって起こるものです。

この熱をいかにして抑えるか、または上手に外部に逃がすかが、電気製品の品質と安全性を高めるための課題の一つです。

そのような中2017年5月、東京大学生産技術研究所の野村政宏准教授のグループは、半導体に使われるシリコンに、ナノレベルの微細な穴を開け、熱の流れを一点に集中させる熱制御に成功しました。

通常ならば固体の中の熱は規則性なく散らばる性質がありますが、固体(シリコン)に穴を開けることによって、その部分の熱伝導を遮断し熱流に規則性を持たせます。半導体に弧を描くような配置で穴を開け、弧の外側の穴は大きく、内側に近づくにつれ穴を小さくしていくことで、熱の流れが1カ所に集中するようになります。

企業でも家庭でも、上手な熱利用が求められている

電子機器の発熱のように、人間の活動の中で生じる多くの熱は、二次利用されることなく空気中に放出されます。そんな中、熱をうまく回収・再利用し環境保護につなげる、省エネルギーの動きも始まっています。

例えば、工場整備一式のことをプラントといいますが、化学や石油精製・発電・製鉄など、それぞれのプラントで出る熱の利用もその一つ。鉄やセメント、ガラスといった素材は製造時に多大な熱を放出しますが、この余熱を回収し発電をしている企業も多く見られます。

プラント・エンジニアリングに興味のある人は、熱の特性や、熱が機会に及ぼす影響、また、製造過程で出る熱の有効な使い道などについて考えながら、勉強してみてはいかがでしょうか? テクノロジーが地球環境にどのような影響を及ぼし、そして貢献できるのかを知ることで、よりプラント・エンジニアリング業界に興味が深まるかもしれません。


【参考文献】
株式会社日立ハイテクノロジーズ|半導体の部屋
http://www.hitachi-hightech.com/jp/products/device/semiconductor/index.html

東京大学生産技術研究所|プレスリリース
https://www.iis.u-tokyo.ac.jp/ja/news/2707/

東京大学生産技術研究所 野村研究室
http://www.nlab.iis.u-tokyo.ac.jp/index.html

マイナビニュース|東大×JST、熱を亜固体中で特定の方向に流し、一点に集めることに成功
http://news.mynavi.jp/news/2017/05/22/085/
NEDO省エネルギー技術フォーラム2015 未利用熱エネルギーの革新的活用技術研究開発
http://www.nedo.go.jp/content/100769220.pdf

JFEエンジニアリング株式会社|セメント廃熱回収発電設備(インドネシア)
http://www.jfe-eng.co.jp/foreign/int03.html

この記事のテーマ
メーカー」を解説

日用品から航空機に至るまで、製品として世に出るモノは必ずどこかのメーカーによりつくられています。工業技術を用いてモノを生産する企業がメーカーです。生産技術の基礎は、機械などは物理学、薬や洗剤などは化学、食品などは生物学などさまざまです。自動車会社のように機械、電気・電子、情報などの各工学によりつくられた部品を一つの製品に集約するメーカーもあります。

「メーカー」について詳しく見る

この記事で取り上げた
「プラント・エンジニアリング」
はこんな業界です

プラント・エンジニアリングの業界では、化学や石油精製、発電、製鉄といったプラントの企画・設計や資金調達、施工、運転などを一貫して担う。産業や生活のインフラ整備を支えるのはもちろん、海外プラントの設計を通じて産業の高度化を促進したり、世界中に安定したエネルギーを供給したりしている。日本は、省エネ効果や収率のよいプラント設計技術に定評があり、業績は拡大傾向に。また、優れた環境技術も世界から注目されており、市場は国外にも広がりを見せている。

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