2021 Fiscal Year Annual Research Report
極低熱伝導率化と低次元化による高い熱電性能を持つ新奇形状２次元ナノプレートの創出
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20H02576
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| Research Institution | Tokai University |
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Principal Investigator |
高尻 雅之 東海大学, 工学部, 教授 (50631818)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 三郎 日本大学, 工学部, 准教授 (30713127)
宮崎 康次 九州工業大学, 大学院工学研究院, 教授 (70315159)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ビスマステルル / ナノプレート / 熱電変換 / 熱伝導率 / フォノン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ビスマステルル系ナノプレートの性能向上のため、①3元系ナノプレート（Ｂｉ，Ｔｅ、Ｓｅ）の第一原理計算、②2元系ビスマステルルプレートの小型化、③2元系ナノプレート表面へのナノドット形成の研究を行った。①では、昨年度の研究において、セレンを添加することで熱電性能が向上することが確認されていた。そこで今年度は第一原理計算を用いて、性能向上のメカニズムの解明を実施した。②では、熱伝導率を低減するために、ナノプレートをできるだけ小さくする研究を実施した。合成時間を変化させ、ナノプレートの成長過程を種々の分析方法により解析した。その結果、成長初期の中間生成物が合体し、化学変化することでビスマステルルナノプレートが成長することが判明した。本研究で形成されたナノプレートの最小サイズは約300 nmであり、従来の１/3までサイズを小さくできた。③では、フォノンの波動的性質を利用した熱伝導率低減のために、ナノプレート表面に金属ナノドットを無電解めっきで形成した。
これらの作製したナノプレートを薄膜状にして熱伝導率の測定を試みた。しかし、現状において、ナノプレート薄膜の熱伝導率を測定するに至っていない。本研究で実施している熱伝導率測定法は３ω法であり、この方法は薄膜表面に絶縁膜を成膜する必要がある。しかし、ナノプレート表面が粗いため、機能する絶縁膜が得られていない。そこで、新たな熱伝導率測定法（レーザースポット周期加熱法）に挑戦している。この方法は薄膜表面に絶縁膜を成膜する必要がない。シリコン基板を使用した予備実験では、良好な結果が得られた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の計画の3ω法の測定では、ナノプレート薄膜の熱伝導率測定が難航しているため。
この方法は薄膜表面に絶縁膜を成膜する必要がある。しかし、ナノプレート表面が粗いため、機能する絶縁膜が得られていない。そこで、熱伝導率測定の方法を異なる方法で実行しており、その予備実験に時間を割いたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
熱伝導率の方法を３ω法からレーザースポット周期加熱法に変更して、これまで合成してきた複数の種類のナノプレート薄膜の熱伝導率を測定する。膜面方向と膜厚方向の2方向の熱伝導率を測定することで、熱輸送の異方性について評価する予定である。
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