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ナノスケール材料の熱物性測定と評価

Research Project

Project/Area Number 14J09110
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Thermal engineering
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

小宅 教文  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2014-04-25 – 2017-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2016: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2015: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2014: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords熱伝導率 / フォノン / サーモリフレクタンス法 / BBFDTR / TDTR / フォノン平均自由行程 / 極低温熱伝導測定 / 熱伝導 / 界面熱コンダクタンス / フォノン輸送 / 熱物性測定
Outline of Annual Research Achievements

高性能な断熱材や熱電変換素子の実現のためには熱伝導率の低減が必要不可欠であり,ナノテクノロジーを駆使して実現されつつある.本年度はナノ構造を用いた熱伝導率低減のメカニズムを明らかにするためにエピタキシャルSiナノ構造体(SiNC)[1]とエピタキシャルSi/Geナノドット(Si/GeNDs)構造体[2]の熱伝導率測定を行い,数値計算を用いてそれらの熱伝導率を評価した.エピタキシャルSiナノ構造体(SiNC)は数nmサイズのSi粒子とその表面を覆う極薄のSi酸化膜によって構成され,1 W/mK以下という低熱伝導率を有する[1].しかしながら,SiNCがアモルファスSi(2 W/mK)よりも低い熱伝導率を持つメカニズムには不明な点が多い.そこで本年度の研究では自作のレーザー測定装置を用いてSiNCの熱伝導率を測定した.数値計算を用いて粒径3 nmのSiNCの熱伝導率を解析すると,熱キャリアの緩和時間がCahill-Pohlの最小熱伝導率と一致し,熱キャリアが伝播せずに独立振動子として実行的に振る舞っていると示された.続いて,SiNCにGeナノドットを埋め込んだエピタキシャルSi/Geナノドット(Si/GeNDs)構造はSiNCと同様に低熱伝導率を持つと報告されているが[2],その構造体による熱伝導低減のメカニズムには不明な点が多い.そこで上述のSiNCと同様にSi/GeNDs構造体の熱伝導率を測定し,数値計算手法を用いてSi/GeNDs構造体の熱伝導率低減を評価した.その結果,酸化膜による界面散乱とGe粒子散乱の組み合わせによって効率的に熱伝導率低減が可能であると明らかになった.
1 Y. Nakamura, et al., Nano Energy 12, 845 (2015).
2 S. Yamasaka, et al., Sci. Rep. 5, (2015).

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • 2014 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2016 2015 2014 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (3 results)

  • [Int'l Joint Research] Universidad de Zaragoza(スペイン)

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] California Institute of Technology(米国)

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Journal Article] Filler-depletion layer adjacent to interface impacts performance of thermal interface material2016

    • Author(s)
      S. Yada, T. Oyake, M. Sakata, and J. Shiomi
    • Journal Title

      AIP Advances

      Volume: 6 Issue: 1 Pages: 015117-015117

    • DOI

      10.1063/1.4941354

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Enhancement of anomalous Nernst effects in metallic multilayers free from proximity-induced magnetism2015

    • Author(s)
      K. Uchida, T. Kikkawa, T. Seki, T. Oyake, J. Shiomi, Z. Qiu, K. Takanashi, and E. Saitoh,
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 92 Issue: 9 Pages: 094414-094414

    • DOI

      10.1103/physrevb.92.094414

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Unconventional scaling and significant enhancement of the spin Seebeck effect in multilayers2015

    • Author(s)
      R. Ramos, T. Kikkawa, M. H. Aguirre, I. Lucas, A. Anadon, T. Oyake, K. Uchida, H. Adachi, J. Shiomi, P. A. Algarabel, L. Morellon, S. Maekawa, E. Saitoh, and M. R. Ibarra
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 92 Issue: 22 Pages: 220407-220407

    • DOI

      10.1103/physrevb.92.220407

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Nanoscale thermal conductivity spectroscopy by using gold nano-islands heat absorbers2015

    • Author(s)
      Takafumi Oyake, Masanori Sakata, Junichiro Shiomi,
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 106 Issue: 7 Pages: 073102-1

    • DOI

      10.1063/1.4913311

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 時間領域サーモリフレクタンス法を用いた固液界面の熱輸送評価2016

    • Author(s)
      小宅教文,坂田昌則,谷田進,塩見淳一郎
    • Organizer
      第52回日本伝熱シンポジウム
    • Place of Presentation
      福岡国際会議場(福岡県,博多区)
    • Year and Date
      2016-06-03
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Thermal boundary conductance of hydrophilic and hydrophobic ionic liquids2015

    • Author(s)
      Takafumi Oyake, Masanori Sakata, Susumu Yada, and Junichiro Shiomi,
    • Organizer
      American Physics Society (APS) 2015 Spring Meeting
    • Place of Presentation
      San Antonio, USA
    • Year and Date
      2015-03-02 – 2015-03-06
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 低熱伝導材料のフォノン平均自由行程の測定2014

    • Author(s)
      小宅教文,坂田昌則,塩見淳一郎
    • Organizer
      第6回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
    • Place of Presentation
      くにびきメッセ,島根
    • Year and Date
      2014-10-20 – 2014-10-22
    • Related Report
      2014 Annual Research Report

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Published: 2015-01-22   Modified: 2024-03-26  

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