2020 Fiscal Year Research-status Report
近接場界面における金属ー絶縁体相転移現象の解明と熱スイッチへの展開
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18K13699
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
上野 藍 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (50647211)
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2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 金属ー絶縁体相転移 / 蓄熱 / 比熱 / 熱伝導率 / 全半球放射率 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2020年度は，2019年度同様に本研究で取扱う金属－絶縁体相転移材料の熱ふく射特性に寄与する熱物性値である放射率のみに着目するのではなく，熱伝導率変化やその蓄熱性能にも着目し，多機能的なパッシブなデバイスの創出を目指す．具体的に2020年度は，以下の内容を実施した．
①作製したVWO2試料の材料特性評価
焼結が難しいとされるWドープのVWO2バルクの作製手法を確立し，転移温度が20℃以下の緻密なVWO2バルクの伝熱特性評価手法および測定結果について検証を行った．
②宇宙用パッシブ熱制御デバイスの提案と論文投稿
投稿した論文の新規性を以下に示す．i)宇宙機用のパッシブな熱制御デバイスとして，金属絶縁体相転移物質に着目し，その放射率可変機能，熱伝導率可変機能，蓄熱機能の3つの機能を有する多機能熱制御デバイスの開発を行った．ii)候補材料として，LSMO，LPMO，VO2を選定し，試料の製作方法を確立するとともに，各種熱物性値を独自の熱物性計測装置で明らかにした．iii)さらに，VO2の課題である高い相転移温度点を下げるため，W(タングステン)をドープすることでVO2よりも蓄熱能力は劣るものの，相転移温度を20℃以下まで低下させることに成功した．iv)最終的にLSMOとVWO2の積層構造による多機能熱制御デバイスを考案し，熱伝導率可変機能と蓄熱機能はVWO2に，放射率可変機能は放射率変化が0.4以上有するLSMOに持たせる構成を提案した．以上を踏まえて，本論文で報告する結果は，単独の熱物性変化のみに着目していた従来の転移材料の応用事例に対し，3つの熱物性変化を効率的に利用するものであり，熱制御デバイスとしての機能を拡張した新たな研究報告事例としてheat and mass transfer communityにも有益な情報となり得る．
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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
2020年度は本申請での研究成果を学術論文としてまとめることができ，伝熱工学の雑誌として有名なInternational Journal of Heat and Mass Transfer に掲載された．また，2020年10月～2021年3月まで産休育休を取得しており，また，2020年度はコロナウィルスの影響で一部，実験環境の制限などがあったため，2021年度まで申請期間を延長申請している．2021年度は，本申請の最終目標である「遷移金属酸化物の金属－絶縁体相転移時の物性変化により，電力不要で熱移動量を制御可能なパッシブな熱スイッチを創出」に対し，新規のデバイス提案またはVWO2の物性値利用を検討しており，当初の予定よりもテーマを深化させて遂行している．
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度の研究予定を以下に示す．
【項目①：新規熱制御デバイスの提案】2020年度に論文に投稿したVWO2を用いた宇宙用多機能的熱制御デバイスに加えて，当初の予定していた近接場効果も考慮した熱スイッチ等への応用についても検討する．
【項目②：デバイスの伝熱特性評価】項目①で提案したデバイスの設計・作製を行い，その熱物性値（熱伝導率，比熱および蓄熱量，放射率）を測定する．特に，VWO2は比較的焼結が難しい材料であるため，熱物性値および応用事例がほとんど無く，本研究での測定意義は大きい．
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| Causes of Carryover |
2020年度はコロナウィルスの影響により実験施設が閉鎖していた時期があり，さらに2020年10月－2021年3月まで産休・育休を取得していた．以上の理由から，2020年度当初の研究計画定の一部を変更したため，次年度の使用額が生じている．2020年度の繰越金の使途は2020年度に予定していた実験物品購入および新規のデバイス設計・作製等に充てる予定である．
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