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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

Research Project

Project/Area Number 20H02576
Research InstitutionTokai University

Principal Investigator

高尻 雅之  東海大学, 工学部, 教授 (50631818)

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)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
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
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。

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。

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。

  • Research Products

    (8 results)

All 2021

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Effect of Se incorporation on thermoelectric properties of Bi2(SexTe1-x)3 alloys2021

    • Author(s)
      Yuichi Ota, Hiromasa Namiki, Hideo Yamazaki, Ryota Konagaya, Susumu Yonezawa, Takafumi Komori, Masayuki Takashiri
    • Journal Title

      Jpn. J. Appl. Phys.

      Volume: 60 Pages: 070910

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac103a

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Investigation of phase transition from critical nucleus to Bi2Te3 nanoplate based on screw dislocation-driven spiral growth by solvothermal synthesis2021

    • Author(s)
      Hideo Yamazaki, Rikuo Eguchi, Masayuki Takashiri
    • Journal Title

      Crystal Research and Technology

      Volume: 56 Pages: 2100153

    • DOI

      10.1002/crat.202100153

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Determination of group velocity based on nanoindentation using Si and SiO2/Si wafers2021

    • Author(s)
      Oga Norimasa, Masataka Hase, Ryotaro Mori, Mai Hayamizu, Hiroshi Murotani, Koji Miyazaki, Masayuki Takashiri
    • Journal Title

      AIP Advances

      Volume: 11 Pages: 075216

    • DOI

      10.1063/5.0055581

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Phonon transport properties depending on crystal orientation analyzed by nanoindentation using single-crystal silicon wafers2021

    • Author(s)
      O. Norimasa, M. Hase, M. Hayamizu, S. Nagata, S. Tanaka, S. Miyake, T. Nishi, H. Murotani, M. Takashiri
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 14 Pages: 126502

    • DOI

      10.35848/1882-0786/ac3544

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Metal decoration on bismuth telluride nanoplates using electroless plating2021

    • Author(s)
      H. Yamazaki, M. Takashiri
    • Organizer
      MNC2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Thermal conductivity of layered Bi2Te3 nanoplates2021

    • Author(s)
      M. Takashiri
    • Organizer
      M. Takashiri TCTFN2021
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Evaluation of thermal transport properties of single crystal silicon with different crystal orientation by nanoindentation method2021

    • Author(s)
      O. Norimasa, M. Hase, M. Hayamizu, H. Murotani, M. Takashiri
    • Organizer
      MNC2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ナノインデンテーション法を用いたシリコンの熱輸送特性の測定2021

    • Author(s)
      則正雄賀、長谷匡高、速水舞、室谷裕志、宮崎康次、高尻雅之
    • Organizer
      第68回応用物理学会春季学術講演会

URL: 

Published: 2022-12-28  

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