2013 Fiscal Year Annual Research Report
線と面の異種金属ナノ溶接原理の確立と熱電機能の創出
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24686016
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
燈明 泰成 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50374955)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | ナノ接合 / ジュール熱 / マイクロ/ナノ材料 / 異種金属 / 熱電機能 |
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| Research Abstract |
１．極細線と面のナノ溶接（その２：実現と条件） Pt極細線（直径800nm）とPt薄膜（厚さ0.8、2um）を成膜した基板とのジュール熱溶接実験を行うと共に、当該実験系の理論伝熱モデルを構築して溶接条件が薄膜の厚さに依存しなくなる臨界厚さを予測した。理論値は実験値と良く一致し、臨界厚さを超える厚さの薄膜と極細線との溶接条件が極細線の長さで決定されることを示した。
２．電極基板上に自立した極微小熱電プローブの試作 電極基板上に固定した直径5umのPt、およびW細線をジュール熱溶接して、極微小熱電プローブを実現し、当該熱電プローブのゼーベック効果とペルチェ効果の両方を観察することに成功した。また直径100umのFe、Al細線をジュール熱溶接した熱電回路のゼーベック係数を測定することに成功した。これは複数の異種金属接点を有するナノ熱発電器を実現するために重要な知見である。
３．レアメタルフリー熱電ナノワイヤの作製 材料内部の応力勾配を駆動力とする原子拡散現象を利用して、Fe平板の表面に大量の酸化鉄ナノワイヤを作製することに成功した。表面を酸化させたFe平板に曲率を与えて加熱することで、平板内部のFe原子が拡散し、拡散した原子が表面酸化膜の隙間より排出されることでナノワイヤが作製できた。結晶構造解析の結果、当該ナノワイヤは酸化鉄（Fe3O4）ナノワイヤであった。またこのナノワイヤを内包した異種金属界面を形成して熱電効果を観察することで、当該Fe3O4ナノワイヤが熱電材料として利用可能であることを確認した。
その他、本研究で構築した理論伝熱モデルを活用して金属細線の省エネルギー熱処理手法を考案し、実験により手法の妥当性を確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究実績の概要に記載のとおり、申請時に計画した研究を遂行し、極細線と面のジュール熱溶接条件を見出すと共に、極微小熱電プローブを試作することに成功している。また酸化鉄ナノワイヤを大量に作製することに成功すると共に、当該ナノワイヤが熱電材料として活用できることを確認するなど、進展は順調である。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度に見出した同種金属に対する極細線と面の溶接条件を踏まえて、これを異種金属に拡張する。また、前年度に作製に成功した酸化鉄ナノワイヤを活用して異種金属接点を多数内包したナノ熱発電器を完成させてこれの性能評価を行う。さらにこれまでの研究成果を集約して、異なる外形寸法の様々な微細材料同士を高確度に溶接するための要領と、ナノ溶接の応用指針を体系化したナノ溶接マップを策定する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
次年度使用額は、今年度の研究を効率的に推進したことに伴い発生した未使用額である。
平成26年度請求額とあわせ、平成26年度の研究遂行に使用する予定である。
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