Creation of novel 2D nanoplatelets with high thermoelectric performance due to extremely low thermal conductivity and low dimensionality

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02576
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 28030:Nanomaterials-related
• Research Institution: Tokai University
• Principal Investigator: Takashiri Masayuki 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, 特任教授 (70315159)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 熱伝導率 / フォノン / 低次元材料 / 結晶成長 / ビスマステルル / 無電解めっき / ナノプレート / ナノ粒子

Outline of Final Research Achievements

Low-dimensional heterostructures of nanoplates decorated with nanoparticles were fabricated to reduce the lattice thermal conductivity of low-dimensional thermoelectric materials. Regular hexagonal single-crystal bismuth-tellurium nanoplates were fabricated by solvothermal synthesis. Tin nanoparticles were then decorated on the surface of the bismuth-tellurium nanoplates by electroless plating using various concentrations of tin precursors. Surface morphology and composition analysis confirmed the presence of tin on the nanoplatelet surface. The in-plane lattice thermal conductivity of the tin nanoparticle decorated nanoplates decreased with increasing tin concentration. At a tin concentration of 90 mM, the lattice thermal conductivity was 1.3 W/(m-K), approximately 30% lower than that of the nanoplate without electroless plating.

Free Research Field

熱電変換材料

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ナノプレートのような低次元材料は、ユニークな特性を持っている。熱電材料は、低次元効果を利用して格子熱伝導率を下げることができるため、この特性の恩恵を最も受けているものの一つである。本研究では、ナノプレート表面にスズを蒸着することで、フォノンの散乱やフォノン波の抑制により、フォノンの流れが減少し、格子熱伝導率を低減させることに成功した。これらの知見は、低次元ヘテロ構造材料の熱的特性を制御するための道を開くものである。