| 研究課題/領域番号 |
19K05053
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26040:構造材料および機能材料関連
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| 研究機関 | 千葉大学 |
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研究代表者 |
魯 云 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (50251179)
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| 研究分担者 |
糸井 貴臣 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (50333670)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2019年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
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| キーワード | ホイスラー合金 / 熱電材料 / 第一原理計算 / 複合 / モンテカルロ有限要素法 / Ni-Ti-Al系 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，Ni-Ti-Al系ホイスラー合金を対象に第一原理計算によって電子構造・状態密度とモンテカルロ有限要素法によって熱電特性へのナノ・ミクロ複合効果を解析し高い熱起電力の発現と最適ナノ・ミクロ複合効果を探索する。そして材料実験で不定比組成とナノ・複合構造を導入した材料の創製と解析を行う計画である。電子構造・状態密度からナノ・ミクロ複合へとマ ルティスケールにおける材料設計によって複合的相乗効果を発現させる材料探索と機構解明によって実用可能な高性能Ni-Ti-Al系ホイスラー合金熱電材料を実現することを目標とする。
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| 研究成果の概要 |
本研究では，Ni-Ti-Al系ホイスラー合金を対象に第一原理計算による電子構造・状態密度とモンテカルロ有限要素法による熱電特性へのナノ・ミクロ複合効果を解析し高い熱起電力の発現と最適ナノ・ミクロ複合効果を探索し，高性能化への検討を行った．
第一原理計算により，Ni量によってNiMnTiAlのDOSよりフェルミ準位近傍に擬ギャップが形成しており，フェルミ準位の最適化によって高いゼーベック係数が期待される．続いて，モンテカルロ有限要素法によるミクロ解析について，その結果よりTiO2-x/Niランダム分散モデルでは，Niの体積率50%付近にパーコレーション閾値が存在し，電気抵抗率が大きく軽減できた．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
高温構造材料としてのNi-Ti-Al系ホイスラー合金を対象に第一原理計算の解析と不定比組成の材料創製による高い熱起電力の解析，およびナノ・ミクロ複合構造の導入による熱伝導率の軽減とモンテカルロ有限要素法によるミクロ解析は，構造材料の新たな展開として重要である．電子構造・状態密度から，ナノ・ミクロ複合へとマルティスケールにおいて相乗効果を発現させる材料創製および機構解明によって実用可能な高性能Ni-Ti-Al系ホイスラー合金熱電材料を実現することに知見を得ている．
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