2016 Fiscal Year Research-status Report
| Project/Area Number |
16K14399
|
|---|
| Research Institution | Ibaraki University |
|---|
Principal Investigator |
池田 輝之 茨城大学, 工学部, 教授 (40314421)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
篠嶋 妥 茨城大学, 工学部, 教授 (80187137)
小峰 啓史 茨城大学, 工学部, 准教授 (90361287)
鵜殿 治彦 茨城大学, 工学部, 教授 (10282279)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | ナノコンポジット / 熱電変換材料 / セル構造 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，絶縁体ナノ粒子同士の粒界にシングルナノメートルの厚さをもつ熱電半導体 (伝導相) をセル壁状に析出させ，熱電半導体のナノセル構造を実現させる．この極微構造を導入することにより，これまで主に薄膜材料やナノワイヤーでのみ研究されてきた量子効果がバルク熱電材料で発現すると期待できる．さらに，超高密度界面におけるフォノン散乱効果により格子熱伝導率の低減効果を顕在化させる．これら両方の効果により，熱電性能指数は飛躍的に増大すると期待される．
本年度は，バルク材料にこのような構造を導入するために，二つのルートで実験を行った．一つは，高エネルギーボールミル装置を用いてシリコンとアルミナをミリングした後，焼結する方法である．このミリングの際，アルミナは硬度が高いためジルコニアボール，容器を使用しても微細な構造が得られないが，炭化タングステン製の容器とボールを使用すれば，ほぼ不純物の混入なく，試料をミリング可能である．そのようにして粉体化した試料を用いると，数十ナノメートルオーダーのセル構造が得られることが分かった．粉体の粒サイズについては，レーザー回折法と走査電子顕微鏡による観察，および粉末X線回折法と異なる手法で評価し多方面から検討した．もう一つは，予め Al ナノ粒子を酸化し AlOOH (Boehmite) のナノファイバーを合成し，ボールミル装置を用いてシリコンと混合した後，焼結する方法である．AlOOH は焼結過程でアルミナに変化する．いずれの方法で得られた試料についても，Si-Al2O3 ナノ複合組織が形成した．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
申請時に予定していた，絶縁物と半導体を高エネルギーボールミルを用いて長時間ミリングするという手法により，期待した通りにナノセル構造を実現できた．さらに，当初計画していなかったボールミルのスタート材料としてアルミナに替わり Boehmite を利用する方法を試み，さらに微細な構造を導入することに成功した．
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後，シリコンとアルミナをスタート材料としてボールミルする手法においては，構造と熱電特性の関連をより詳細に調べる．ついては，構造の定量化と熱電特性の測定を進める．ボールミルのスタート材料としてアルミナに替わり Boehmite を利用する方法については，当面，構造の形態制御とサイズ制御を進め，その後熱電特性の評価を行う．どちらの手法においても特に量子効果に着目し，ゼーベック係数を注意深く評価する．
|
| Causes of Carryover |
焼結実験における温度均一性や雰囲気の清浄さを向上させるために，焼結装置の消耗品を購入するための予算を形状していたが，より簡易な方法で要求が満たされたため，物品費の実支出が予定より少なかった．また，研究を推進させるための人員を確保するために計上していた人件費については，学生の指導を通して研究をある程度遂行することができたため予定より支出が少なかった．
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度は，当初は予定していなかった手法によるナノ構造化を含めて試料作製と構造・特性評価を進める予定である．主として，消耗品の購入及び人件費・謝金に使用する予定である．
|
| Remarks |
研究者の研究動向を掲載している．
|
Research Products
(7 results)
