2017 Fiscal Year Research-status Report
球殻状タンパク質による薄膜熱電素子の界面熱抵抗制御
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16K21169
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
上沼 睦典 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 助教 (20549092)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 熱伝導率 / 界面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、有機無機複合ナノ構造を利用した熱伝導率制御を目的とし、ナノ粒子の分散配置制御技術とその配置技術を用いて作製した無機薄膜の熱伝導率低減効果を研究した。特にフェリチンタンパク質を利用した無機材料へのナノ空孔形成を行い、以下の成果を得た。
ナノ粒子形成材料としてフェリチンタンパク質を用い、タンパク質表面にポリエチレングリコール(PEG)を修飾することでナノ粒子の分散配置を実現した。またPEGフェリチンを用い基板上にスピンコーティングすることでナノ粒子の分散配置を実現した。ナノ粒子の分散距離とPEGの分子量との間に相関関係があることを示し、PEGによる物理反発が均一なナノ粒子分散に影響していることを示した。
上記のナノ粒子分散技術を踏まえ、粒界の影響を除去するためアモルファス構造を持つ材料に対し、ナノ粒子を導入し熱伝導率低減効果を検討した。アモルファス材料にはSiO2を用い、酸化鉄コアPEGフェリチンの分散構造を導入した。TEMによる断面構造の観察から、SiO2と酸化鉄ナノ粒子の間にタンパク質の低熱伝導率層が残存していることを確認した。3ω法により熱伝導率を評価した結果、フェリチンタンパク質と酸化鉄ナノ粒子複合構造を埋め込んだ薄膜において熱伝導率の低減を実現した。この熱伝導率低減は、低熱伝導率であるタンパク質と無機材料の界面フォノン散乱効果および周期的構造による自由行程が長いフォノンに対してのブロッキング効果が関連していることを示した。さらに、アモルファス材料として熱電応用の可能性があるInGaZnOについての検討を実施した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究では、有機無機複合ナノ構造のよるフォノン制御を目的とし、フェリチンを利用したナノ粒子分散手法を確立した。さらに無機材料中へ分散させることで熱伝導率の低減を実証しており実験については順調に進んでいる。学会活動においては、2017年に参加できなかったため計画より遅れており、次年度学会発表を予定している。
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| Strategy for Future Research Activity |
主に学会発表及び論文執筆をおこなう。
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| Causes of Carryover |
本研究分野において最大規模の国際学会に2017年は参加できなかったため、次年度の国際学会に参加し、研究内容の報告を行う。
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