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マテリアルズ・インフォマティクスによる伝熱機能材料の設計

研究課題

研究課題/領域番号 19K14902
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分19020:熱工学関連
研究機関東京大学

研究代表者

鞠 生宏  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 客員研究員 (30809645)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2019年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
キーワードマテリアルズ・インフォマティクス / 伝熱機能材料 / ベイズ最適化 / 機械学習 / モンテカルロ木探索
研究開始時の研究の概要

This project aims to realize high-efficiency designing of materials with ultimate high/low thermal conductivity by combining traditional thermal simulation with novel informatics algorithm. Two directions will be conducted: (1) High throughput screening of high/low thermal conductivity crystals via hierarchical screening and transfer learning. (2) Nanostructure designing via Bayesian optimization and Monte Carlo tree search. The design methodology developed in this project is expected to improve the developing efficiency of thermal materials greatly and help to explore new physics behind.

研究成果の概要

望ましい熱特性を備えた機能化材料を設計することは、熱交換器、熱界面材料、熱電、遮熱コーティング、および絶縁体の用途において重要です。このプロジェクトでは、ハイスループットスクリーニングやベイズ最適化などのマテリアルズインフォマティクス手法を開発して、マテリアルのシミュレーション/実験と機械学習ツールの間の熱機能通信を設計しました。目的関数、記述子の選択、目的関数を評価するための特性計算機、および情報学の最適化手法を設定することにより、高熱伝導率結晶、高選択性放射冷却材料、熱電膜、および磁気トンネル接合の探索に成功しました。この結果は、熱機能材料を設計するための材料情報学の利点をもたらしました。

研究成果の学術的意義や社会的意義

The target of this research is to develop high efficiency and novel materials informatics method for designing thermal functionalized materials. The developed method can be easily extended to other transport property designing, which is expected to contribute to both research and industry society.

報告書

(4件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (23件)

すべて 2022 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 10件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 7件、 招待講演 9件) 図書 (1件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [雑誌論文] Descriptors of intrinsic hydrodynamic thermal transport: screening a phonon database in a machine learning approach2022

    • 著者名/発表者名
      Torres Pol、Wu Stephen、Ju Shenghong、Liu Chang、Tadano Terumasa、Yoshida Ryo、Shiomi Junichiro
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Condensed Matter

      巻: 34 号: 13 ページ: 135702-135702

    • DOI

      10.1088/1361-648x/ac49c9

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Exploring diamondlike lattice thermal conductivity crystals via feature-based transfer learning2021

    • 著者名/発表者名
      Ju Shenghong、Yoshida Ryo、Liu Chang、Wu Stephen、Hongo Kenta、Tadano Terumasa、Shiomi Junichiro
    • 雑誌名

      Physical Review Materials

      巻: 5 号: 5 ページ: 053801-053801

    • DOI

      10.1103/physrevmaterials.5.053801

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Phonon transport in multiphase nanostructured silicon fabricated by high-pressure torsion2021

    • 著者名/発表者名
      Shao Cheng、Matsuda Kensuke、Ju Shenghong、Ikoma Yoshifumi、Kohno Masamichi、Shiomi Junichiro
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 129 号: 8 ページ: 085101-085101

    • DOI

      10.1063/5.0037775

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Identifying Optimal Strain in Bismuth Telluride Thermoelectric Film by Combinatorial Gradient Thermal Annealing and Machine Learning2020

    • 著者名/発表者名
      Sasaki Michiko、Ju Shenghong、Xu Yibin、Shiomi Junichiro、Goto Masahiro
    • 雑誌名

      ACS Combinatorial Science

      巻: 22 号: 12 ページ: 782-790

    • DOI

      10.1021/acscombsci.0c00112

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Designing thermal functional materials by coupling thermal transport calculations and machine learning2020

    • 著者名/発表者名
      Ju Shenghong、Shimizu Shuntaro、Shiomi Junichiro
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 128 号: 16 ページ: 161102-161102

    • DOI

      10.1063/5.0017042

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Machine learning analysis of tunnel magnetoresistance of magnetic tunnel junctions with disordered MgAl2O42020

    • 著者名/発表者名
      Ju Shenghong、Miura Yoshio、Yamamoto Kaoru、Masuda Keisuke、Uchida Ken-ichi、Shiomi Junichiro
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 2 号: 2 ページ: 023187-023187

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.2.023187

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Design of a highly selective radiative cooling structure accelerated by materials informatics2020

    • 著者名/発表者名
      Guo Jiang、Ju Shenghong、Shiomi Junichiro
    • 雑誌名

      Optics Letters

      巻: 45 号: 2 ページ: 343-343

    • DOI

      10.1364/ol.45.000343

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Predicting Materials Properties with Little Data Using Shotgun Transfer Learning2019

    • 著者名/発表者名
      Yamada Hironao、Liu Chang、Wu Stephen、Koyama Yukinori、Ju Shenghong、Shiomi Junichiro、Morikawa Junko、Yoshida Ryo
    • 雑誌名

      ACS Central Science

      巻: 5 号: 10 ページ: 1717-1730

    • DOI

      10.1021/acscentsci.9b00804

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Anomalously low thermal conductivity in superhard cubic Si3N42019

    • 著者名/発表者名
      Liu Jing、Ju Shenghong、Nishiyama Norimasa、Junichiro Shiomi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 100 号: 6 ページ: 064303-064303

    • DOI

      10.1103/physrevb.100.064303

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] High bond difference parameter-induced low thermal transmission in carbon allotropes with sp2 and sp3 hybridization2019

    • 著者名/発表者名
      Feng Zhihao、Dong Huicong、Ju Shenghong、Wen Bin、Zhang Yuwen、Melnik Roderick
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 21 号: 23 ページ: 12611-12619

    • DOI

      10.1039/c9cp01029g

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] High Throughput Screening of Materials for Interfacial Thermal Transport2022

    • 著者名/発表者名
      Shenghong Ju
    • 学会等名
      MRS Spring Meeting
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Designing Wavelength-Selective Thermal Radiative Materials via Machine Learning2022

    • 著者名/発表者名
      Shenghong Ju
    • 学会等名
      The 3rd International Symposium on Multiscale Simulations of Thermophysics
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Designing Wavelength-Selective Thermal Radiative Materials via Machine Learning2021

    • 著者名/発表者名
      Shenghong Ju
    • 学会等名
      The 5th Forum of Materials Genome Engineering
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Exploring ultrahigh lattice thermal conductivity crystals via feature-based transfer learning2020

    • 著者名/発表者名
      Shenghong Ju, Ryo Yoshida, Chang Liu, Kenta Hongo, Terumasa Tadano, Junichiro Shiomi
    • 学会等名
      MSE2020 - Virtual Materials Science and Engineering Congress
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Designing Nanostructures for Phonon Transport via Heuristic Algorithms2020

    • 著者名/発表者名
      Shenghong Ju
    • 学会等名
      The 4th Phonon Engineering Workshop
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Machine learning analysis of tunnel magnetoresistance of magnetic tunnel junctions with disordered MgAl2O42020

    • 著者名/発表者名
      Shenghong Ju
    • 学会等名
      The 4rd Forum of Materials Genome Engineering
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] High Thermoelectric Performance in Metastable Phases of Silicon: A Density Functional Theory Study2020

    • 著者名/発表者名
      Shenghong Ju
    • 学会等名
      The 5th Workshop on Thermal Transport, China
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] マテリアルズ・インフォマティクスによる伝熱機能材料の設計2019

    • 著者名/発表者名
      鞠 生宏, 塩見 淳一郎
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Desing thermal functional materials via materials informatics2019

    • 著者名/発表者名
      Ju Shenghong
    • 学会等名
      The 4th Workshop on Thermal Transport, Wuhan, China, 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Desing thermal functional materials via materials informatics2019

    • 著者名/発表者名
      Ju Shenghong
    • 学会等名
      The 3rd Forum of Materials Genome Engineering, Yunnan, China, 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Application of materials informatics on designing thermal functional materials2019

    • 著者名/発表者名
      Ju Shenghong、Shiomi Junichiro
    • 学会等名
      The 6th Asian Materials Data Symposium, Shanghai, China, 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] Chapter: Application of Bayesian optimization to thermal science, in Book titled Nanoscale Energy Transport: Emerging phenomena, methods and applications2020

    • 著者名/発表者名
      Jiang Guo, Shenghong Ju and Junichiro Shiomi
    • 総ページ数
      488
    • 出版者
      IOP Publishing Ltd
    • ISBN
      9780750317368
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会・シンポジウム開催] The 6th Asian Materials Data Symposium2019

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2023-01-30  

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