2019 Fiscal Year Annual Research Report
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17H03399
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
池田 輝之 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (40314421)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
篠嶋 妥 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (80187137)
永野 隆敏 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 講師 (70343621)
鵜殿 治彦 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (10282279)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 粒子法 / フェーズフィールド法 / 拡散接合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度までにシリコン熱電材料の多孔質化するとともにその熱電特性を調べた．本年度は，多孔質熱電材料の作製における高精度なポア制御を目的とするポア形成シミュレーション，この多孔質シリコンを使用した新しい流体透過型熱電変換デバイスの作製のため，粒子法による熱流動シミュレーションにより流体透過型熱電変換デバイスの特性を評価し，また，デバイス作製のための必須技術であるシリコン/Ag拡散接合技術を確立した．
材料の凝固時の水素の溶解度の差を利用したポア形成のフェーズフィールド法によるシミュレーション方法を開発した．この結果，例えば一方向凝固においてポアを均一に一方向に伸びるようにするための条件が初めて明らかとなった．
また，温水と冷水を多孔質熱電材料中を透過させ発電するデバイスを想定し，粒子法による計算機シミュレーションにより，ポア径，ポロシティ，熱電材料の熱伝導率(固体部)の熱伝導率の発電特性への影響を調べた．その結果，同じポロシティの場合は，ポア径が小さい方が，同じポア径の場合はポロシティが大きい方が実効熱伝達係数は大きいことが明らかになった．この実効熱伝達係数の上昇は，ポアの存在による流体と熱電材料の界面密度の増加に帰することができる．また，本デバイスで用いる多孔質熱電材料に用いる材料の緻密な状態での熱伝導率が低いと熱伝達係数はやや小さいことも明らかになった．
一方，流体透過型熱電変換デバイスの作製に向けた課題である熱電材料と電極の接合技術については，拡散接合の条件を確立した上で，接合強度および界面電気抵抗を評価した．拡散接合による接合強度は，流体透過デバイスとして使用するために必要な水準より高いことがわかった．また，接合強度は拡散接合時の高温における保持時間が長いほど高い．
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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