Variable Thermal Conduction Devices by Intercalation into Oxide Materials

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K18985
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 宇治原 徹 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 教授 (60312641)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2025-03-31
• Keywords: 熱伝導率 / インターカレーション / 熱物性

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、機能性物質へのイオンのインターカレーションによる熱物性の変化を利用した熱制御デバイスの実現を目指している。特に、熱伝導率の変化による熱スイッチをターゲットとしている。これまでに、酸化タングステンなどの物質に水素イオンやリチウムイオンなどをインターカレーションすることで熱伝導率が変化することを見出してきたが、そのメカニズムはあまり明確ではなかった。当該年度は、おもに顕微ラマン分光を用いて振動特性を調べることで、そのメカニズムの解明を目指した。その結果、結晶へのインターカレーションとアモルファスへのインターカレーションでは特性が異なること、また全体の結晶性が振動特性の変化に影響を与えることが明らかとなった。ところで、本研究のアイデアでは熱伝導率の大きな物質を対象とすることで、オン時とオフ時の物性の変化が大きくなる。そこで、新たなホスト物質の探索としてBAsに注目した。この物質は、せん亜鉛構造をもつ物質で半導体でもある物質であるが、結晶構造の観点から比較的空隙が多く、インターカレーションできる可能性がある。さらに、近年非常に大きな熱伝導率を持つことが報告され注目されている。本年度はまずはこの物質を合成するために、薄膜成長実験を行った。しかしながら、最適な結晶成長条件を見出すのに困難を極めた。そこで成長条件を求めるために第一原理計算により成長条件の最適化を行った。その結果、結晶成長のための分圧の範囲を特定することができた。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本研究においては、薄膜結晶成長手法を用いて基板上にホスト物質の結晶成長を行う。これまで合成を行ってきたが、装置の経年変化や部材交換などにより、装置の状態が変化してしまい、それに合わせた条件の再最適化に時間を要しており、ホスト物質の合成に手間取っている。そのため、デバイスの試作に至っていない。

Strategy for Future Research Activity

引き続き最適条件を見出すことをおこなっており、そのためにシミュレーションなどの活用も始めている。このままの進捗で実現できると確信している。

Causes of Carryover

本研究においては、薄膜結晶成長手法を用いて基板上にホスト物質の結晶成長を行う。これまで合成を行ってきたが、装置の経年変化や部材交換などにより、装置の状態が変化してしまい、それに合わせた条件の再最適化に時間を要しており、ホスト物質の合成に手間取っている。そのため、デバイスの試作に至っていない。引き続き最適条件を見出すことをおこなっており、そのためにシミュレーションなどの活用も始めている。このままの進捗で実現できると確信している。