| 研究課題/領域番号 |
20K05133
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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 | 山口大学 |
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研究代表者 |
赤井 光治 山口大学, 国際総合科学部, 教授 (20314825)
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| 研究分担者 |
岸本 堅剛 山口大学, 大学院創成科学研究科, 助教 (50234216)
小柳 剛 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (90178385)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
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| キーワード | 熱電変換 / クラスレート半導体 / 電子構造計算 / 熱電変換技術 / カゴ状構造半導体材料 / バンドエンジニアリング / エネルギー散逸機構 / 熱電変換材料 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
熱電材料には電気は流しやすいが、熱は流れにくいことが求められる。このため、従来の熱電材料開発では「キャリアの伝導に比べ、格子振動の伝導を如何に低減するか」が行われてきた。実際、材料設計の観点からキャリアと格子振動それぞれの伝導をある程度独立に制御することで、熱電性能の向上が進んできた。しかし、更に熱電性能を飛躍的に向上させるのは難しい。本研究では、キャリアや格子振動の伝導と言う材料物性の制御ではなく、そもそも熱伝導を引き起こす温度勾配の作り方に注目することで、材料の持つ格子振動の伝導特性にとらわれずに、熱電材料の設計を行おうとする試みである。
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| 研究成果の概要 |
カゴ状構造を持つクラスレート半導体Ba-Ga-Snにおいて、ホスト格子のカゴに内包されたゲストイオンの振動による電磁波放射エネルギー量を計算した。カゴ内で局在的なゲストイオン振動はキャリアと相互することで、キャリアのエネルギーを直接散逸させることが可能になる。計算で得られた、ゲストイオン振動による放射エネルギー量は5.1μW/cm2と比較的大きな値が得られた。計算は環境の温度を0Kとしているため、実際には半分以下の放射エネルギーになると考えられるが、この機構の可能性を示すことができた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
熱電変換技術は熱の流れを電気に変えることができる。本研究で得られたエネルギー散逸効果は大規模な熱電デバイスとしてより、小規模もしくは更に微小機器の利用に可能性を持つ。常時、熱流がある環境で、電池の利用や電源に配線することが難しい、もしくはそれを維持管理するのが難しい環境が想定される。例えば、火災など頻度の低い事故でのセンサー電源が考えられる。そのような環境で利用できる熱電素子のための熱電半導体の開発につながる。しかし、実用化には、更に大きなエネルギー放射量が必要である。今後の研究として、Baより質量の軽いNaやKに興味が持たれる。
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