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Measurement of Interfacial Thermal Resistance of Energy Harvesting Thermoelectric Material

Research Project

Project/Area Number 21K03922
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 19020:Thermal engineering-related
Research InstitutionNihon University

Principal Investigator

TANAKA Saburo  日本大学, 工学部, 准教授 (30713127)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywords界面熱抵抗 / 熱伝導率 / 薄膜 / エネルギーハーベスティング / 熱電 / 界面 / 熱抵抗 / 計測 / ナノマイクロ熱工学 / 熱電変換 / フォノン / 熱伝導
Outline of Research at the Start

本研究では,熱と電気を直接変換できる熱電材料と異種材料との接触部で起こる界面熱抵抗を薄膜の熱伝導率計測技術を用いて計測することで,熱電材料の界面熱抵抗のメカニズムを解明する.それにより,熱電変換効率を飛躍的に向上させることが期待され,身の回りにあるわずかなエネルギーを採取するエネルギーハーベスティング技術に用いられる微小未利用エネルギーの回収を最大限に行われる熱電材料の創製に貢献する.

Outline of Final Research Achievements

We measured the interfacial thermal resistance occurring at the contact points between bismuth, used in thermoelectric materials, and the substrate material using the relatively simple 3-omega method, a technique for measuring the thermal conductivity of thin films. The results of this study can be applied to thermoelectric generation devices for powering IoT sensors, which are expected to become more widespread, as well as to the thermal design of high-performance semiconductor chips by addressing interfacial thermal resistance. Additionally, this study is anticipated to contribute to the understanding of the physical mechanisms of interfacial thermal resistance through phonon analysis, complementing the previously established effects of low-dimensionality and phonon scattering on enhancing thermoelectric performance. These findings are not only relevant to thermoelectric power generation but also applicable to systems utilizing heat transfer technology.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究によって,既往研究で確立されている熱電性能向上の低次元効果やフォノン粒子の散乱効果などに加え,材料間の界面熱抵抗を考慮した小型熱電発電デバイスの高効率な設計に応用が可能となり,加えてフォノン解析による界面熱抵抗の物理的なメカニズムが解明されることで,熱電発電のみならず伝熱技術を利用したシステムに応用可能と考えられ,その意義は学術的にも社会的にもインパクトは極めて大きい.

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (21 results)

All 2024 2023 2022 2021

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (20 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Performance evaluation of flexible thermoelectric generator with Bi2Te3 thin-film2024

    • Author(s)
      Haruto Abe, Masayuki Takashiri, Shunsuke Hara, Takaya Arai, Naoe Sasaki, Saburo Tanaka
    • Journal Title

      Applied Thermal Engineering

      Volume: 248 Pages: 123258-123258

    • DOI

      10.1016/j.applthermaleng.2024.123258

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Published: 2021-04-28   Modified: 2025-01-30  

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