Controlling of thermal and electron transport using high pressure torsion and its application to environmental friendly thermoelectric materials
| Project/Area Number |
18H01384
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 19020:Thermal engineering-related
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
河野 正道 九州大学, 工学研究院, 教授 (50311634)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
塩見 淳一郎 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (40451786)
生駒 嘉史 九州大学, 工学研究院, 助教 (90315119)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2019: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2018: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000)
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| Keywords | 高圧ひずみ / 熱輸送 / 熱物性 / 電子物性 / 熱電材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度はシリコンおよび他の半導体材料としてGaAs(ガリウムヒ素)を材料としてHPT（High Pressure Torsion：高圧ひずみ）加工を行い，構造と物性の相関について検討を行った．シリコンに関しては回転数を0~20回転，圧力を最大24GPaとして，単結晶シリコンを原料とした加工を行った．全体的な傾向を把握するためにXRD（X線回折）にて構造を解析し，準安定相（通常の構造とは異なる構造）であるSi-3,Si-12の導入を確認した．更に局所的な傾向を把握するためにも顕微ラマン分光も適用した．熱伝導率に関しては加工を行うことにより熱伝導率が約一桁低減すること確認した．熱電材料を考慮すると好ましい傾向である．電気伝導率に関してはドープ量が異なる3種の材料を加工し材料の構造と電気伝導率の相関を検討した．その結果，単に材料に対して圧力を印可し単結晶材料を多結晶化した場合は電気伝導率の低下が観測されが，圧力を印可しながら回転も加えて加工（HPT加工）を行った際は，電気伝導率が上昇することが分かった．HPT加工を行うと材料に欠陥が導入され，電気伝導率低下の要因となるが，加工の際に準安定相であるSi-3,Si-12が導入されるために結果的に電気伝導率が上昇したものと考えられる．またゼーベック係数の観測については局所的な計測が可能なプローブ型装置を導入し，構造分布がある材料ではゼーベック係数にも分布があることが分かった．GaAs材料に対してもHPT加工を行い，電子顕微鏡観察から結晶粒の微粒化を確認し，熱伝導率に関してもHPT加工により熱伝導率が低減することが分かった．
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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
本研究の推進に重要である熱伝導率・電気伝導率・ゼーベック係数を材料全体および局所的計測することが可能となった．また準安定相の導入により電気伝導率を変化させられることが判明した．GaAs材料に対してもHPT加工により熱伝導率が低減することが分かった．
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き，Si試料に関して材料の構造と物性（熱伝導率・電気伝導率・ゼーベック係数）の相関に関する検討を行う．また対象として熱電材料として実績のあるSiGe材料も追加して実験を行う．さらに第一原理計算により準安定相の物性計算も行う計画である．
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Report
(1 results)
Research Products
(7 results)
