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フォノン波の輸送論の深化を通じたフォノニック結晶の熱伝導率低減

研究課題

研究課題/領域番号 18J14024
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 熱工学
研究機関東京大学

研究代表者

LIAO YUXUAN  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2018-04-25 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2019年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2018年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワードThermal conductivity / Coherent transport / Incoherent transport / Crystal phononic crystal / Amorphous phononic / coherence / phonon / thermal conductivity / phononic crystals / Ahkhizer damping
研究実績の概要

The ability to control the thermal conductivity of semiconductors and insulators, either crystal or amorphous, is of crucial importance to determine the functionality and usability of the material used in a wide range of applications such as thermoelectrics, thermal barriers and thermal insulators. The applicant has investigated fundamental mechanisms of coherent and incoherent transport related to the ways of reducing the thermal conductivity of the material with phononic structures. The applicant showed that coherent effect is not significant in both crystal and amorphous phononic materials due to Akhiezer damping, which significantly reduces relaxation time of coherent phonons. The applicant along with his collaborators showed that local elastic modulus softening can not only significantly reduce the thermal conductivity of crystal phononic materials by reducing phonon group velocity, but also play an important role to achieve huge thermal reductions in nanocomposite via large limitation of phonon transmittance at the interfaces of the nanograins. The applicant showed that boundaries in amorphous phononic materials and superlattice can not only strongly scatter phonon-like propagons, but also exhibit extremely scattering of diffusons such that the thermal conductivity is below the diffusive limit of amorphous. These works have deepened the physical understanding of both coherent and incoherent transport in crystal and amorphous phononic materials, and have provided novel approaches for manipulating thermal transport for industrial applications.

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (6件)

すべて 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] Elastic inhomogeneity and anomalous thermal transport in ultrafine Si phononic crystals2020

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Kouhei、Fujikane Masaki、Liao Yuxuan、Kashiwagi Makoto、Kawasaki Takashi、Tambo Naoki、Ju Shenghong、Naito Yasuyuki、Shiomi Junichiro
    • 雑誌名

      Nano Energy

      巻: 71 ページ: 104581-104581

    • DOI

      10.1016/j.nanoen.2020.104581

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Scalable Multi-nanostructured Silicon for Room-Temperature Thermoelectrics2019

    • 著者名/発表者名
      Kashiwagi Makoto、Liao Yuxuan、Ju Shenghong、Miura Asuka、Konishi Shota、Shiga Takuma、Kodama Takashi、Shiomi Junichiro
    • 雑誌名

      ACS Applied Energy Materials

      巻: 2 号: 10 ページ: 7083-7091

    • DOI

      10.1021/acsaem.9b00893

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Unexpectedly high cross-plane thermoelectric performance of layered carbon nitrides2019

    • 著者名/発表者名
      Ding Zhidong、An Meng、Mo Shenqiu、Yu Xiaoxiang、Jin Zelin、Liao Yuxuan、Esfarjani Keivan、L? Jing-Tao、Shiomi Junichiro、Yang Nuo
    • 雑誌名

      Journal of Materials Chemistry A

      巻: 7 号: 5 ページ: 2114-2121

    • DOI

      10.1039/c8ta10500f

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Akhiezer mechanism limits coherent heat conduction in phononic crystals2018

    • 著者名/発表者名
      Liao Yuxuan、Shiga Takuma、Kashiwagi Makoto、Shiomi Junichiro
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 98 号: 13 ページ: 134307-134307

    • DOI

      10.1103/physrevb.98.134307

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Thermal Transport in Amorphous Phononic Crystals2019

    • 著者名/発表者名
      Yuxuan Liao
    • 学会等名
      MRS
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Why Coherent Phonons Contributions to Thermal Conductivity of Phononic Crystals Cannot be Observed at Room Temperature2018

    • 著者名/発表者名
      Yuxuan Liao
    • 学会等名
      Phonons 2018 & PTES 2018 Joint Conference
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2018-05-01   更新日: 2024-03-26  

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