Selective Control of THermal Conduction in Convalent Materials with Hierarchal Strucutures based on Underlying Mechanism behind Supression of Thermal Conduction on multi-size scales of Interfaces

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05062
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 26010:Metallic material properties-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Yoshiya Masato 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (00399601)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 熱伝導 / 第一原理計算 / 分子動力学法 / 格子動力学法 / 転位 / 結晶粒界 / ドメイン

Outline of Final Research Achievements

Increasing attention has been paid to roles of structural defects with wide range of length scale on realizing various materials properties. However, their actual contributions have not been clarified yet. In this study, without being confined to conventional theories of thermal conductivity, we have attempted to clarify the roles of the structural defects on controlling thermal conduction by ab initio calculations and molecular dynamics together with lattice dynamics, through quantifying the changes of thermal conductivity and local thermal conductivity near the structural defects, which has revealed the influence of the structural defects on thermal conduction in materials.

Free Research Field

計算材料科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

従来は材料中の様々の熱伝導度への影響は、構造欠陥の長さスケールと平均自由行程の相対的関係にて理解されてきた。これにより例えば結晶粒の微細化、特にナノスケール結晶粒の導入による熱伝導度の低下が説明されてきた。また、異なる構造欠陥種の影響は加算則による説明が試みられてきた。本研究では計算科学的手法を駆使し計算機実験を行う事で、長さスケールの個別の構造欠陥種の熱伝導度を明らかにするとともに加算則に囚われない影響の解明を行った。これは学術的には従来理論を越えた新たな知見の獲得で今後の研究を加速させる意義があると共に、ますますダウンサイジング化が進むデバイスの放熱・遮熱への道を拓いた意義がある。