| 研究課題/領域番号 |
19H02168
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21050:電気電子材料工学関連
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| 研究機関 | 京都大学 (2021-2022)
名古屋大学 (2019-2020) |
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研究代表者 |
廣谷 潤 京都大学, 工学研究科, 准教授 (80775924)
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| 研究分担者 |
劉 麗君 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (80809195)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)
2022年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2021年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2020年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2019年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
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| キーワード | MXene / サーモリフレクタンス / イオン液体 / 熱伝導 / 原子層材料 / 熱伝導率 / 熱制御 / 第一原理計算 / 金属 / サーモリフレクタンス法 / ラマン分光法 / 金属材料 / 熱物性 / 金属ナノワイヤ / キャリア制御 / Mxene / ナノワイヤ / 分子動力学計算 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、１次元ナノ材料中のキャリアを精密かつ動的に制御する革新的アイデアに基づき、世界初の熱輸送の動的制御技術の確立を目指す。電気電子工学の世界におけるトランジスタの動作メカニズムを熱輸送の世界に持ち込み、電気的に熱輸送キャリアをアクティブに制御することで熱輸送の超高速・自在制御を目指す。
電子工学、熱工学、ナノ材料工学の知見を駆使して実験・計算の両側面から金属ナノワイヤのキャリア変調に真正面から挑戦しつつ、熱輸送の動的制御に関する学理を構築する。研究後半では熱の動的制御技術の学理を社会に還元するために、シート状の大面積デバイスの創製にも挑戦する。
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| 研究成果の概要 |
金属型原子層材料MXeneに強電界を印加して熱伝導の変調を調べるために、単層剥離されたMXeneを得る必要があった。しかしながら、得られるMXeneはMXene層間にAlが残留した状態となっており、これによりそのままの溶液分散等の手法では剥離が困難な課題があった。そこで、力学的にマイルドなin-situエッチング反応を用いることで、MXene層間の残留金属を除去しつつ、数ミクロンサイズのMXeneを得る方法を確立することができた。さらに熱伝導率変調を検証するために、周波数領域サーモリフレクタンス法の実験系を新たに構築し、等方性材料および異方性材料の熱伝導率計測が可能な実験系を構築した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究で開発した単層の原子層材料であるMXeneはバッテリー応用や水素発生用の触媒やセンサ応用など、様々な応用が期待されている材料である。これまで単層剥離が困難であった課題に対して、本研究で得られたMXeneを用いて様々な応用展開が考えられる。さらに、開発した周波数領域サーモリフレクタンス法による熱伝導率評価手法は様々な材料の熱伝導評価が可能であり、電子材料分野や材料科学分野など多方面での共同研究成果の創出が期待できる。
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