2018 Fiscal Year Annual Research Report
Realization of high-quality, low-dimensional joining interface and its application for creating thermoelectric power function
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18H01331
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
燈明 泰成 東北大学, 工学研究科, 教授 (50374955)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 金属細線 / 金属薄板 / 接合界面 / 品質 / 熱電機能 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．金属細線の抵抗接合界面を対象とした品質評価手法の確立 金属細線同士の接合を取り扱い、様々な条件で接合した抵抗接合界面の品質評価を行った。顕微鏡観察下で引張試験が実施可能な試験機を試作して接合した細線の引張試験を実施し、当該接合部が十分な強度を有することを確認した。また微小区間電位差法により接合した細線の電気抵抗を測定し、接合部の電気抵抗率が母材のそれと変わらないことを確認した。さらに透過電子顕微鏡観察により接合部の結晶的な品質を評価した。
２．細線系伝熱問題の次元拡張と薄板接合理論の構築 先に同種金属細線系、および異種金属細線系で構築した微小接点の溶融理論を基に、薄板の側面同士を高確度に接合するための理論を構築した。ここに対向して接触させた薄板の面内に一様直流電流を付与する伝熱問題を取り扱い、異種金属薄板系では内部に非対称な温度分布が形成されることを考慮して接合に必要な電流値を試算することを可能にした。薄板の接合においては通電区間長さに加えて、板厚と板幅が溶接条件に大きく影響を及ぼす。これを明らかにするため、直径の異なる金属細線を切断するのに必要な電流値を系統的に調査し、当該細線周りの熱的境界条件を定量的に把握することに成功した。
３．金属薄板の接合実現と品質評価 顕微鏡観察下で同種金属薄板同士の接合を試みた。対向させた薄板を面内に拘束して側面同士を接触させると共に、線電極により薄板内に一様直流電流を付与して両者を接合した。ここに接触部の温度上昇を顕微鏡サーモグラフィにより観察した。電流を用いた低次元材料の接合においては通電下における材料の温度を知ることが重要である。これに関し、金属細線の電気抵抗率の温度依存性を予め調査し、これと細線表面の２点間で測定した電位差より、電位差測定区間内の温度分布を推定する手法を提案した。
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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
研究実績の概要に記載のとおり、申請時に計画した研究を遂行し、金属細線の抵抗接合部の機械的、電気的、組織的特性を評価することに成功すると共に、細線系伝熱問題の知見を基に薄板接合理論を構築して、薄板の側面同士を接合することを可能にしている。さらに電流を用いた低次元材料の接合において重要となる通電下における材料の温度を電位差法により推定する独自の手法を提案するなど、進展は順調である。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの知見に基づき異種金属薄板の接合を実現して接合界面の品質と熱電変換性能との関係を明らかにすると共に、確立した抵抗接合界面の品質評価手法を蒸着接合界面に応用する。さらに蒸着接合界面の結晶組織や幾何学的構造を変化することにより更なる熱電変換性能の向上を目指す。
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