| Project/Area Number |
21K04807
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 28010:Nanometer-scale chemistry-related
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
Yamada Tetsuya 信州大学, 学術研究院工学系, 助教 (80623735)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | フラックス法 / 窒化ホウ素 / データ駆動科学 / 結晶成長制御 / 結晶成長 / データ駆動化学 / 機械学習 |
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| Outline of Research at the Start |
溶液結晶成長手法の一種であるフラックス法は，無機化合物の結晶外形変化が可能と知られるが，制御して得ることは難しい。これは，結晶成長において考える影響因子が膨大で現象理解が困難なため，育成指針が乏しいからである。
そこで本研究では，フラックス法結晶成長の影響因子を理解したうえで，結晶外形変化を導く成長モデルを構築する。実験では第一原理計算と機械学習による影響因子候補の提案・分類に取り組むとともに，結晶外形変化を実験実証して因子分類を確定させる。
成長モデルができれば，h-BNの結晶外形制御の指針が立てられる。また，他の無機化合物の高温溶液中での結晶外形変化の学理構築の足掛かりにできる。
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| Outline of Final Research Achievements |
In this study, we classified contribution factors to low aspect ratios in the flux-based crystal growth of hexagonal boron nitride (h-BN) using data-driven analysis. As a result, we found that the cation-anion bonding distance that accords to flux-derived physical properties, plays an important role. In addition, we investigated the contribution of the adsorption energy between h-BN and flux-derived ions and found that the adsorption energy anisotropy, which depends on the adsorption orientation of the flux-derived ions, contributes to the change in the crystal aspect ratio. The contribution of flux-derived anions to h-BN can be explained as a growth mechanism involving the side capping effect on the surface h-BN during crystal growth, which suppresses crystal growth in the ab-plane direction, resulting in low-aspect ratio growth.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究が提示した，フラックスによる溶質表面吸着の仮説は，結晶成長におけるアスペクト比が何によって決まるかを理解するうえでの重要な指針として，学術的意義がある。加えて本研究の重要因子に関する知見は，h-BNのみならず様々な層状化合物の結晶成長予測モデル構築に役立ち，定量的な結晶外形制御探索に繋がる展望が拓ける．結晶外形は，材料性能と密接にかかわりがある．例えば，h-BNは高性能な熱伝導材料として知られ，低アスペクト比化することで，放熱フィラーの高伝導化・薄膜化・小型化ができる．よって，本知見が，機能性結晶材料の結晶外形を介した高性能化に資する社会的意義がある．
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