エネルギーハーベスティング型熱電デバイスの界面熱抵抗メカニズムの解明
| Project/Area Number |
21K03922
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
|
| Allocation Type | Multi-year Fund |
|---|
| Section | 一般 |
|---|
| Review Section |
Basic Section 19020:Thermal engineering-related
|
|---|
| Research Institution | Nihon University |
|---|
Principal Investigator |
田中 三郎 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 | エネルギーハーベスティング / 熱電 / 薄膜 / 界面 / 熱抵抗 / 計測 / 熱伝導率 / ナノマイクロ熱工学 / 熱電変換 / 界面熱抵抗 / 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 Annual Research Achievements |
熱と電気とを直接変換できる熱電材料に用いられるビスマスおよびテルルの薄膜をアルミナ基板上に高真空蒸着法を用いて異なる厚さの膜を成膜し，その膜厚を触診計測装置で測定した．アルミナ基板上のビスマス薄膜の熱抵抗は，膜厚が310nmのとき1.8×10-6(m2・K)/W，400nmのとき1.9×10-6(m2・K)/W，450nmのとき2.0×10-6(m2・K)/Wとなり，同様にアルミナ基板上のテルル薄膜の場合は，膜厚が80nmのとき1.7×10-6(m2・K)/W，130nmのとき2.2×10-6(m2・K)/W，220nmのとき2.5×10-6(m2・K)/Wとなり，膜厚の増加に伴って線形的な増加傾向となった．各サンプルから得られた熱抵抗と膜厚との関係を用いて近似曲線のY軸切片からアルミナ-ビスマスおよびテルル間の界面熱抵抗を見積るとそれぞれ1.2×10-6(m2・K)/Wおよび1.4×10-6(m2・K)/Wとなった．
低品位の熱電発電を可能とする円柱型熱源用エネルギーハーベスティング型フレキシブル熱電デバイスを設計し，実験によりその熱電デバイスの発電量に及ぼす設置角度の影響を評価した結果，設置角度0，30，60および90degにおける最大発電量は，それぞれ3.4nW，5.5nW，6.3nW，5.1nWであった．熱電デバイスの発電量は高温部と低温部との温度差により決まるため，汎用の熱流体解析を用いて自然対流の発生状態を評価した結果，熱電素子を設定しているフィン部の高温部と低温部との温度差は設置角度の増加に伴って減少する傾向を示した．したがって，熱電デバイスの発電量が低下すること示唆しており，実験結果と同様の傾向を示した．したがって，ビスマスおよびテルル薄膜と基板材との熱抵抗および熱電デバイスの高性能化設計の指針となる結果を見出した．
|
Report
(3 results)
Research Products
(21 results)
