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第一原理に基づいたナノ構造化バルク熱電変換材料の熱伝導解析

研究課題

研究課題/領域番号 15K17982
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 熱工学
研究機関東京大学

研究代表者

志賀 拓麿  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (10730088)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2017年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2016年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2015年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
キーワードフォノン / 界面熱輸送 / フォノンコヒーレンス / 熱電変換 / 分子動力学法 / 格子動力学法 / グリーン関数 / 第一原理計算 / グリーン関数法 / フォノン輸送
研究成果の概要

高性能ナノ構造化バルク熱電材料の創製に向けて,本研究では材料内部と界面におけるフォノン輸送スペクトルを計算する手法を開発し,熱伝導に寄与するフォノンを効果的に抑制する構造制御の指針を得た.また,フォノンの粒子性に加えて波動性を利用した熱伝導抑制では,ナノ構造界面によるフォノンの干渉と共鳴が界面熱抵抗に与える影響を分子シミュレーションによって評価し,さらなる熱伝導抑制に向けたストラテジを得た.さらに,フォノン波動性で重要となるフォノンの可干渉(コヒーレンス)性を分子動力学法によって計算し,平均自由行程と同様にコヒーレンス長は周波数に強く依存し,1-100nmの幅広い値を有することを明らかにした.

報告書

(4件)
  • 2017 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2016 実施状況報告書
  • 2015 実施状況報告書
  • 研究成果

    (44件)

すべて 2018 2017 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 4件、 査読あり 8件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (31件) (うち国際学会 16件、 招待講演 7件) 図書 (1件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] Russian Academy of Sciences(ロシア連邦)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] Saint-Gobain Recherche(フランス)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] Thermal rectification in restructured graphene with locally modulated temperature dependence of thermal conductivity2017

    • 著者名/発表者名
      Anuj Arora, Takuma Hori, Takuma Shiga, Junichiro Shiomi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 96 号: 16 ページ: 165419-165419

    • DOI

      10.1103/physrevb.96.165419

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Phonon-interference resonance effects by nanoparticles embedded in a matrix2017

    • 著者名/発表者名
      Lei Feng, Takuma Shiga, Haoxue Han, Shenghong Ju, Yuriy A. Kosevich, Junichiro Shiomi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 96 号: 22 ページ: 220301-220301

    • DOI

      10.1103/physrevb.96.220301

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Effects of defects on thermoelectric properties of carbon nanotubes2017

    • 著者名/発表者名
      Masato Ohnishi, Takuma Shiga, Junichiro Shiomi, “Effects of defects on thermoelectric properties of carbon nanotubes
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 95 号: 15 ページ: 155405-155405

    • DOI

      10.1103/physrevb.95.155405

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Designing nanostructures for interfacial phonon transport via Bayesian optimization2017

    • 著者名/発表者名
      Shenghong Ju, Takuma Shiga, Lei Feng, Zhufen Hou, Koji Tsuda, and Junichiro Shiomi
    • 雑誌名

      Physical Review X

      巻: -

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Long-range interatomic forces can minimize heat transfer: From slowdown of longitudinal optical phonons to thermal conductivity minimum2016

    • 著者名/発表者名
      H. Han, L. Feng, S. Xiong, T. Shiga, J. Shiomi, S. Volz, Y. A. Kosevich
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 94 号: 5 ページ: 054306-054306

    • DOI

      10.1103/physrevb.94.054306

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Effects of phonon interference through long range interatomic bonds on the thermal interface conductance2016

    • 著者名/発表者名
      H. Han, L. Feng, S. Xiong, T. Shiga, J. Shiomi, S. Volz, and Y. A. Kosevich
    • 雑誌名

      Low Temperature Physics

      巻: 42 号: 8 ページ: 711-711

    • DOI

      10.1063/1.4960498

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Harmonic phonon theory for calculating thermal conductivity spectrum from first-principles dispersion relations2016

    • 著者名/発表者名
      Takuma Shiga, Daisuke Aketo, Lei Feng, Junichiro Shiomi
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 108 号: 20 ページ: 201903-201903

    • DOI

      10.1063/1.4950851

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Phonon transport in perovskite SrTiO3 from first principles2015

    • 著者名/発表者名
      Lei Feng, Takuma Shiga, and Junichiro Shiomi
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 8 号: 7 ページ: 071501-071501

    • DOI

      10.7567/apex.8.071501

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Phonon-interferene Resonance Effects of Nanoparticles Embedded in a Matrix2018

    • 著者名/発表者名
      Lei Feng, Takuma Shiga, Haoxue Han, Shenghong Ju, Yuriy A. Kosevich, and Junichiro Shiomi
    • 学会等名
      Americal Phsical Society March Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Mechanism of Coherence Heat Conduction in Phononic Crystal2018

    • 著者名/発表者名
      Yuxuan Liao, Takuma Shiga, Makoto Kashiwagi, and Junichiro Shiomi
    • 学会等名
      Americal Phsical Society March Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigation on Heat Conduction on Phononic Crystal2017

    • 著者名/発表者名
      Yuxuan Liao, Takuma Shiga, Makoto Kashiwagi, and Junichiro Shiomi
    • 学会等名
      第64回 応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Heat Conduction Analysis Involving th Effect Arising from Phono Coherence2017

    • 著者名/発表者名
      Takuma Shiga and Junichiro Shiomi
    • 学会等名
      Material Reserach Society (MRS) Spring meeting 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 母材に埋め込まれたナノ粒子のフォノン共鳴効果2017

    • 著者名/発表者名
      馮磊,志賀拓麿,Han Haoxue,Shenghong Ju,Kosevich, Yuriy A.,塩見淳一郎
    • 学会等名
      第54回日本伝熱シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Contributions of coherent and incoherent phonons to heat conduction2017

    • 著者名/発表者名
      Takuma Shiga, Yuxuan Liao, Makoto Kashiwagi, and Junichiro Shiomi
    • 学会等名
      9th US-Japan Joint Seminar on Nanoscale Transport Phenomena
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 界面・ナノ構造を用いたフォノン輸送エンジニアリング2017

    • 著者名/発表者名
      志賀拓麿,塩見淳一郎
    • 学会等名
      応用物理学会フォノンエンジニアリング研究グループ JST「微小エネ」領域合同研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Manipulation of thermal conductivity of material by nanostructure, interface, and local&non-local wave natre of phonon2017

    • 著者名/発表者名
      Takuma Shiga
    • 学会等名
      ICTP-Eurasian Centre for Advanced Research, Recent Progress in the Physics of Thermal Transport
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Designing Nanostructures for Interfacial Phonon Transport via Bayesian Optimization2016

    • 著者名/発表者名
      Shenghong Ju, Takuma Shiga, Lei Feng, Zhufeng Hou, Koji Tsuda, and Junichiro Shiomi
    • 学会等名
      MRS 2016 fall meeting
    • 発表場所
      Hynes Convention Center, Boston, USA
    • 年月日
      2016-11-27
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effects of Defects and Strain on Thermoelectric Properties of Single-walled Carbon Nanotubes2016

    • 著者名/発表者名
      Masato Ohnishi, Takuma Shiga, Juniciro Shiomi
    • 学会等名
      12th International Conference on Flow Dynamics (ICFD2016)
    • 発表場所
      Sendai International Center, Sendai, Japan
    • 年月日
      2016-10-10
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Thermal conductivity and rectification study of nanostructured graphene2016

    • 著者名/発表者名
      Anuj Arora, Makoto Kashiwagi, Fumiki Mitsuhashi, Takuma Hori, Takuma Shiga, and Junichiro Shiomi
    • 学会等名
      The 11th Asian Thermophysical Properties Conference (ATPC)
    • 発表場所
      Pacifico Yokohama Annex Hall, Yokohama, Japan
    • 年月日
      2016-10-02
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 母材に埋め込めれたナノ粒子のフォノン共鳴効果2016

    • 著者名/発表者名
      馮 磊,志賀 拓麿,Han Haoxue, Ju Shenghong, Kosevich A Yuriy, 塩見 淳一郎
    • 学会等名
      第77回 応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ,新潟県
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Desigining Nanostructures for Interfacial Phonon Transport via Bayesian Optimization2016

    • 著者名/発表者名
      Shenghong Ju, Takuma Shiga, Lei Feng, Zhufeng Hou, Koji Tsuda, Junichiro Shiomi
    • 学会等名
      第77回 応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ,新潟県
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 熱伝導制御に向けた熱フォノンのコヒーレンス長の評価2016

    • 著者名/発表者名
      志賀 拓麿,塩見 淳一郎
    • 学会等名
      第77回 応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ,新潟県
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Tuning phonon transport by nanostructures for thermoelectrics2016

    • 著者名/発表者名
      Junichiro Shiomi and Takuma Shiga
    • 学会等名
      The 17th International Conference on High Pressure in Semiconductor Physics (HPSP-17) & Workshop on High-pressure Study on Superconducting (WHS)
    • 発表場所
      東京大学 山上会館,東京都
    • 年月日
      2016-08-07
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] カーボンナノチューブの熱電性能に及ぼす局所変形と欠陥の影響2016

    • 著者名/発表者名
      大西 正人,志賀 拓麿,塩見 淳一郎
    • 学会等名
      第53回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      グランキューブ大阪,大阪府
    • 年月日
      2016-05-24
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 高性能熱電変換材料の探索に向けた格子熱伝導のモデリング2016

    • 著者名/発表者名
      志賀 拓麿,明戸 大介,ライ フウ,塩見 淳一郎
    • 学会等名
      第53回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      グランキューブ大阪,大阪府
    • 年月日
      2016-05-24
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] ナノポーラス構造シリコンの熱輸送特性2016

    • 著者名/発表者名
      柏木 誠,須藤 裕太,堀 琢磨,志賀 拓麿,塩見淳一郎
    • 学会等名
      第53回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      グランキューブ大阪,大阪府
    • 年月日
      2016-05-24
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Effects of Defects and Strain on Thermoelectric Properties of Single-walled Carbon Nanotubes2016

    • 著者名/発表者名
      Masato Ohnishi, Takuma Shiga, Juniciro Shiomi
    • 学会等名
      APS March Meeting 2016
    • 発表場所
      Baltimore, Mayland, USA
    • 年月日
      2016-03-28
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Thermal Conductivity of Porous Media from Phonon Transport Viewpoint2016

    • 著者名/発表者名
      Makoto Kashiwagi, Yuta Sudo, Takuma Hori, Takuma Shiga, Junichiro Shiomi
    • 学会等名
      The First Pacific Rim Thermal Engineering Conference (PRTEC)
    • 発表場所
      Hawaii's Big Island, USA
    • 年月日
      2016-03-14
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Heat conduction analysis from first principles2015

    • 著者名/発表者名
      Takuma Shiga
    • 学会等名
      Magnetics and Optics Research International Symposium
    • 発表場所
      Penang, Malaysia
    • 年月日
      2015-11-29
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Investigation on Phonon Coherence for Heat Conduction Control2015

    • 著者名/発表者名
      T. Shiga and J. Shiomi
    • 学会等名
      Twelfth International Conference on Flow Dynamics (ICFD2015)
    • 発表場所
      仙台国際センター,仙台市青葉区,宮城県
    • 年月日
      2015-10-27
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 高性能熱電変換材料の探索に向けた格子熱伝導率のモデリング2015

    • 著者名/発表者名
      志賀拓麿,明戸大介,馮磊,塩見淳一郎
    • 学会等名
      第12回日本熱電学会学術講演会
    • 発表場所
      九州大学エネルギー基盤技術国際教育センター,春日市,福岡県
    • 年月日
      2015-09-07
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] 第一原理に基づいたチタン酸ストロンチウムのフォノン輸送解析2015

    • 著者名/発表者名
      フウライ,志賀拓麿,塩見淳一郎
    • 学会等名
      第12回日本熱電学会学術講演会
    • 発表場所
      九州大学エネルギー基盤技術国際教育センター,春日市,福岡県
    • 年月日
      2015-09-07
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] Phonon transport in perovskite SrTiO3 from first-principles2015

    • 著者名/発表者名
      Lei Feng, Takuma Shiga, and Junichiro Shiomi
    • 学会等名
      The 34st International Conference on Thermoelectrics (ICT2015)
    • 発表場所
      Dresden, Germany
    • 年月日
      2015-06-28
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Empirical model of heat conduction for a screening of high-performance thermoelectric materials2015

    • 著者名/発表者名
      Takuma Shiga, Daisuke Aketo, Lei Feng, and Junichiro Shiomi
    • 学会等名
      The 34st International Conference on Thermoelectrics (ICT2015)
    • 発表場所
      Dresden, Germany
    • 年月日
      2015-06-28
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 熱伝導制御に向けたフォノンのコヒーレンス長の評価2015

    • 著者名/発表者名
      志賀 拓麿,塩見 淳一郎
    • 学会等名
      第52回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      福岡国際会議場,博多区福岡市,福岡県
    • 年月日
      2015-06-03
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] 第一原理計算にもとづいたSrTiO3のフォノン輸送解析2015

    • 著者名/発表者名
      馮 磊,志賀 拓麿,塩見 淳一郎
    • 学会等名
      第52回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      福岡国際会議場,博多区福岡市,福岡県
    • 年月日
      2015-06-03
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] 再構造化グラフェンの熱伝導および整流性2015

    • 著者名/発表者名
      アヌージ アローラ,三橋 史樹,堀 琢磨,志賀 拓麿,塩見 淳一郎
    • 学会等名
      第52回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      福岡国際会議場,博多区福岡市,福岡県
    • 年月日
      2015-06-03
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] Spectral analysis of interfacial phonon transport across dissimilar crystalline solids2015

    • 著者名/発表者名
      Takuma Shiga, Takuru Murakami, and Junichiro Shiomi
    • 学会等名
      The 5th International Symposium on Micro and Nano Technology (ISMNT-5)
    • 発表場所
      Calgary, Canada
    • 年月日
      2015-05-18
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of Bi and Sb Dopant on Lattice Thermal Conductivity in Melt Grown Mg2Si2015

    • 著者名/発表者名
      Tsubasa Otsubo, Hideaki Otake, Takuma Shiga, Junichiro Shiomi, Masaru Itakura, Haruhiko Udono
    • 学会等名
      Material Research Society
    • 発表場所
      San Francisco, USA
    • 年月日
      2015-04-06
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [図書] マイクロ・ナノスケールの次世代熱制御技術 フォノンエンジニアリング(第2章ナノ熱計測・シミュレーション,第5節フォノン輸送のマルチスケール性)2017

    • 著者名/発表者名
      志賀 拓麿
    • 総ページ数
      15
    • 出版者
      エヌ・ティー・エス
    • ISBN
      9784860435097
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] 研究室ホームページ

    • URL

      http://www.phonon.t.u-tokyo.ac.jp/people/shiga/index.html

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] T.Shiga

    • URL

      http://www.phonon.t.u-tokyo.ac.jp/people/shiga/index.html

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2022-07-19  

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