Study of phonon transport mechanism of phosphide thermoelectric materials with Ag-P cluster structure
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20K15021
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
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| Research Institution | Japan Advanced Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
Miyata Masanobu 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 講師 (60815736)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | フォノン輸送 / 非調和性 / リン化物 / 実験 / 第一原理計算 / 非調和 / 格子熱伝導率 / 熱電変換 / フォノン輸送現象 / 単結晶 / 熱伝導率 / フォノン |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，リン化物Ag3P6Si3Sn2中のAg-Pクラスター構造が及ぼすフォノン輸送のメカニズムを，実験と理論の両アプローチから明らかにし，環境調和型高性能リン化物熱電材料の開発を行う．
実験では，Pを過剰に導入することで，Ag-Pクラスター構造を変えたAg3P6+xSi3Sn2の単結晶試料を合成し，結晶構造解析・電子物性・熱伝導率を測定する．
理論では，Ag3P6+xSi3Sn2の結晶構造のモデリングおよび構造安定性の解析を行い，それらの構造に対してフォノン輸送係数を計算する．
これら実験・理論の比較検討により，クラスター構造制御による新しい格子熱伝導率制御の材料設計指針を確立する．
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| Outline of Final Research Achievements |
In this study, the phonon transport mechanism of Ag-P compounds such as Ag3P6Si3Sn2 was clarified in detail by making full use of experimental and theoretical calculations in a concerted manner, aiming to establish a material design guideline for low lattice thermal conductivity.
The Ag-P compounds Ag3P6Si3Sn2, Ag3SnP7, and AgP2 all exhibit extremely low lattice thermal conductivity at room temperature due to strong phonon-phonon scattering caused by the large phonon anharmonicity of the Ag atoms in the crystal, as revealed both experimentally and theoretically.
The results of this study have successfully proposed a new candidate material group of Ag-P compounds from the viewpoint of not only thermoelectric conversion but also phonon engineering.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究成果は，低い格子熱伝導率を示すAg-P化物のフォノン輸送メカニズムを，実験及び高次の非調和フォノンの寄与を考慮した理論計算の協奏的アプローチにより明らかにしたものであり，Ag-P化物以外にも適用範囲を広がられる可能性を秘めた学術的意義の高い成果である．
また，熱電変換材料やフォノンエンジニアリングの観点においても，重要な成果であり，昨今の社会情勢において重要な役割を担う再生可能エネルギーの分野の発展の一助につながり，社会的にも大きな意義を持つ．
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Report
(4 results)
Research Products
(16 results)
