2017 Fiscal Year Annual Research Report
エネルギー回収型発電用フレキシブル電気材料の人工ナノ歪制御技術の創製
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17H03239
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| Research Institution | Seikei University |
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Principal Investigator |
三浦 正志 成蹊大学, 理工学部, 教授 (10402520)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
一野 祐亮 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (90377812)
神原 陽一 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (50524055)
小黒 英俊 東海大学, 工学部, 講師 (90567471)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 超伝導 / 熱電材料 / フレキシブル基板 / ナノ歪 / 電気材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ナノ構造制御によってRE-Ba-Cu-O超伝導やRE-Cu-O熱電変換薄膜にBaZrO3等のナノ異相を導入することで、超伝導では磁場中臨界電流密度、熱電変換では熱電変換効率が飛躍的に向上する。また、我々は母相に加わる歪は超伝導特性や熱電変換効率に大きく影響することを明らかにしてきた。そこで本課題では、これまで特性低下要因であった歪を積極的に母相内にナノスケールで導入する技術を確立し、フレキシブル電気材料(フレキシブル金属基板上薄膜)の超伝導特性や熱電変換効率の飛躍的向上を目指している。H29年度は、成蹊大学が母相に対してコヒーレントナノ柱状欠陥及びインコヒーレントナノ粒子が超伝導相のキャリア濃度や磁場中超伝導特性に及ぼす影響について検討した。名古屋大学では、気相法により熱電材料であるRE2CuO4薄膜の作製を行い、作製条件が結晶性や特性に及ぼす影響を検討した。慶應義塾大学では、REBCO超伝導薄膜へのアニオン置換としてCuサイトへのS, Se, F, Cl置換を検討した。また、東海大学は、機械フレキシブル金属基板上に作製したREBCO超伝導薄膜に、圧力や曲げ歪を加えることで結晶に歪を印加し電気特性を測定し、これにより各歪を印加した際の超伝導特性に及ぼす歪の影響を検討した。これらの結果, NPG Asia Materialsを含む査読付き学術論文5報、国際学会での招待講演1件、国際学会5件、国内学会5件で研究成果を発表した。
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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
研究実績概要に記したように、H29年度の目的に向けて、各研究グループがそれぞれの役割を果たし、当初の予定に近い成果を得ることができた。当初のH29年度の実施目標であった(a) 機械的歪印加による有効な歪印加方向の解明や(b) 化学ドーピングによるc軸方向へのナノ歪制御技術の確立に関しては、一定の成果が得られた。また、コヒーレントナノ柱状欠陥とインコヒーレントナノ粒子が超伝導相のキャリア濃度や磁場中超伝導特性に及ぼす影響を検討し、これらを最適化することで世界最高レベルの磁場中超伝導特性が得られ、インコヒーレントナノ粒子に関する研究は、NPG Asia Materialsに掲載された。その他、Jpn. J. Appl. Phys., Mater. Sci. Tech. Jpn., IEEE Trans. Appl. Supercond.に成果を報告した。学会での成果発表としては、国際学会での招待講演1件、国際学会5件、国内学会5件で研究成果を発表した。現在、コヒーレントナノ柱状欠陥に関する成果を学術論文として投稿準備中である。
以上のようにグループ全体としておおむね順調と考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
H30年度には、(c)格子定数の異なるバッファ層によるab面方向へのナノ歪制御技術の確立及び(d)ナノ異相導入によるc軸方向へのナノ歪制御技術の確立を実施し、ナノ歪が電気特性に及ぼす影響を明らかにする。
「(c)異なるバッファ層によるab面へのナノ歪制御技術の確立」：近年、研究代表者らは、格子定数の異なるバッファ層上に(Sr, La)CuO2超伝導薄膜を作製し、母相内に歪を印加し超伝導特性を向上させることに成功している。そこで、本研究では、成蹊大や名大が昨年度の結果を基に、格子定数の異なるバッファ層上にRE123及びRE214薄膜線材を作製し、母相のab面方向に圧縮歪もしくは引張歪を印加し、電気特性に及ぼす歪の影響を明らかにする。具体的には、母層のa、b軸長より小さい格子定数を有するYAlO3バッファ層等を用いることで母層のab面内に圧縮歪を、大きい格子定数を有するBaZrO3バッファ層等を用いることで母層のab面内に引張歪を印加する。
「(d) ナノ異相導入によるc軸方向へのナノ歪制御技術の確立」：母相のc軸格子定数より大きい格子定数を有するコヒーレント異相を導入した場合、c軸方向に引張歪が印加され、特性が変化する[M. Miura et al., NPG Asia Materials, 9 (2017) e447]。そこで、本研究では成蹊大や名大が昨年度の結果を基に、格子定数の異なるナノ異相を母相に対してコヒーレントになるように導入することで、母相のc軸方向に歪をナノスケールで印加し、電気性能に及ぼす歪の影響を明らかにする。
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