2017 Fiscal Year Annual Research Report
フォノンエンジニアリングによるグラフェンヘテロ構造デバイスの環境発電への新展開
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16H04283
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
有江 隆之 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80533017)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | グラフェン / フォノン / 熱電変換 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は計画に従い、まず同位体を用いたグラフェン周期構造の熱伝導率測定を試みた。用いたグラフェン周期構造は、化学気相成長法によりガス導入を切り替えることで、ボトムアップで合成した。得られたグラフェンは単結晶であり、周期幅はおよそ1μm、同位体のヘテロ界面はジグザグ端を有していると考えられる。
1．熱伝導率測定において、基板への熱の逃げを考慮する必要のない架橋構造の作製に向け、先にグラフェン単結晶を基板上に転写し、後からBHFによりSiO2をエッチングする方法と、先にSi基板に無数の細孔を設け、後からグラフェン単結晶を転写する二通りの方法を検討した。
2．架橋構造を用いた熱伝導率測定の予備実験として、基板上に転写した単結晶グラフェン周期構造に対し、中心にレーザを照射した際の温度上昇をラマン顕微鏡で測定した。同じ強度のレーザ照射において、単位強度あたりの温度上昇に換算して、ヘテロ周期構造を有するグラフェンではおよそ1.6倍温度上昇が大きいことが分かった。ヘテロ界面でフォノンの伝搬が阻害され、結果としてグラフェンの中心温度が高くなったと推察される。
3．グラフェンのフレキシブルデバイスとしての応用を見据え、歪みを印加した際のグラフェン内の熱伝導率変化を測定した。0.1%の歪み印加時の熱伝導率は、歪みを印加していないものと比較しておよそ80％減少した。今後、研究協力者との理論的解析も踏まえ、メカニズムを解明する予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初検討課題であったグラフェン周期構造の熱伝導率測定では、基板上グラフェンにおいて検証ずみであり、周期構造における熱抵抗の見積もりは既に完了している。一方、フレキシブルデバイス応用を指向した歪み印加時における熱伝導率測定では、熱伝導率変化の予備実験が完了しており、概ね計画通りに進捗しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
1．グラフェン架橋構造の作製
より詳細な熱伝導率測定にはグラフェンデバイスの架橋構造作製が急務である。細孔を設けた基板上に後からグラフェンを転写する方法において、孔のサイズと密度を最適化する必要があり、あわせて転写後の乾燥方法も検討する。これらは研究協力者と協力して作製法確立に向け進めていく予定である。
2．グラフェン周期構造の熱伝導率測定
大気への熱の逃げ、基板への熱の逃げの影響をなくすため、温度可変ステージ内を減圧可能になるよう改良し、架橋構造デバイスを用いて熱伝導率測定を行う。同一デバイスで電気測定、熱電特性、熱伝導率測定を実現することで、グラフェンで熱電変換デバイスを実現するために最適なパラメータを検討する。
3．歪み印加による熱伝導率への影響
歪みをより正確に制御した上で熱伝導率測定を行い、理論計算とあわせて熱伝導率低下のメカニズムを明らかにする。最終的にはグラフェンの周期ヘテロ構造における歪み印加時の熱伝導率の測定を行い、フレキシブル高効率熱電変換デバイス試作へと展開する。
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Research Products
(12 results)
