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ファンデルワールス材料のキャリア制御によるアクティブ熱輸送制御

研究課題

研究課題/領域番号 20KK0087
研究種目

国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))

配分区分基金
審査区分 中区分21:電気電子工学およびその関連分野
研究機関京都大学 (2021-2023)
名古屋大学 (2020)

研究代表者

廣谷 潤  京都大学, 工学研究科, 准教授 (80775924)

研究分担者 大町 遼  名古屋大学, 物質科学国際研究センター, 講師 (60711497)
杉目 恒志  近畿大学, 理工学部, 講師 (60716398)
劉 麗君  大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (80809195)
山中 真仁  大阪大学, 大学院工学研究科, 特任准教授(常勤) (90648221)
研究期間 (年度) 2020-10-27 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
18,720千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 4,320千円)
2023年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2022年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2021年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2020年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
キーワード熱伝導 / サーモリフレクタンス / マキシン / ラマン分光 / キャリア輸送 / カーボンナノチューブ / グラフェン / ナノ熱計測 / 熱物性 / 第一原理計算 / ドーピング / 原子層材料 / 熱輸送制御 / 光物性
研究開始時の研究の概要

本研究では、電子工学・化学・機械工学に特徴を持つ国際異分野若手研究者を結集して、原子層材料の熱物性をキャリア量や欠陥密度を厳密に把握したうえで明らかにすることを研究目的とする。ラマン分光計測やナノデバイスによる熱・電気計測で実績のある研究代表者に加え、材料組成制御、表面化学修飾、シミュレーションなどの強力な分担者のサポートの下、高感度熱計測の1つであるサーモリフレクタンス計測やナノ界面熱輸送に関して実績のある国際共同研究者がタッグを組むことで、層状物質に関する熱輸送の国際共同研究を推進する。

研究成果の概要

熱計測技術とキャリア輸送について国際共同研究を中心に実施した結果、熱計測技術については、周波数領域サーモリフレクタンスの大幅な測定精度の向上を達成することができ、時間領域サーモリフレクタンスの測定方法の違いによる測定結果への影響について標準サンプル交換などを含めて詳細なナノ熱計測に関する国際共同研究を実施した。ナノ材料中のキャリア輸送についても、シミュレーション技術を用いて原子層材料やナノ材料の熱伝導に関する理論検討を行った。またMXeneなどのナノ材料の合成から熱伝導特性を中心とする評価まで様々な国際共同研究を実施することができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

熱は我々の生活の衣食住関わる重要なものであり、Siを使った半導体分野においては微細化の進展にともないプロセスノードがさらに小さくなるにつれて発熱密度が上昇しており、SiCやGaNなどのワイドバンドギャップ半導体材料を使ったパワーデバイスなどでも発熱問題は解決すべき重要課題となっている。国際共同研究で取り組んだ熱計測技術と原子層材料に関するキャリア輸送についての研究成果は、熱を効率よく利用する技術開発に大きく貢献することが期待できるため、天然資源の乏しい日本において重要な基礎技術開発を行うことができた。今後、国際共同研究で得られた成果を国際的に幅広く利活用することが期待できると考えられる。

報告書

(5件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (27件)

すべて 2024 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 5件、 招待講演 4件) 産業財産権 (2件)

  • [国際共同研究] 清華大学/上海大学(中国)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] Tsinghua University/Beijing University(中国)

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Tsinghua University/Beijing University(中国)

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Tsinghua University/Beijing University(中国)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [国際共同研究] The University of Arizona(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Fabrication of MXene transparent conductive films via transfer process2023

    • 著者名/発表者名
      Shibata Yuki、Suizu Rie、Awaga Kunio、Hirotani Jun、Omachi Haruka
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 16 号: 3 ページ: 037001-037001

    • DOI

      10.35848/1882-0786/acbbb8

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Temperature dependence of Raman shift in defective single-walled carbon nanotubes2022

    • 著者名/発表者名
      Endo Masanori、Uchiyama Haruki、Ohno Yutaka、Hirotani Jun
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 15 号: 2 ページ: 025001-025001

    • DOI

      10.35848/1882-0786/ac4678

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Exfoliation of Al-Residual Multilayer MXene Using Tetramethylammonium Bases for Conductive Film Applications2022

    • 著者名/発表者名
      Saita Emi、Iwata Masaki、Shibata Yuki、Matsunaga Yuki、Suizu Rie、Awaga Kunio、Hirotani Jun、Omachi Haruka
    • 雑誌名

      Frontiers in Chemistry

      巻: 10 ページ: 1-8

    • DOI

      10.3389/fchem.2022.841313

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Application of Bayesian Super-Resolution to Spectroscopic Data for Precise Characterization of Spectral Peak Shape2022

    • 著者名/発表者名
      Tsujimori Kota、Hirotani Jun、Harada Shunta
    • 雑誌名

      Journal of Electronic Materials

      巻: 51 号: 2 ページ: 712-717

    • DOI

      10.1007/s11664-021-09326-4

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Cross-linking gelation of isomaltodextrin for the chromatographic separation of semiconducting carbon nanotubes2020

    • 著者名/発表者名
      Matsunaga Yuki、Hirotani Jun、Ohno Yutaka、Omachi Haruka
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 14 号: 1 ページ: 017001-017001

    • DOI

      10.35848/1882-0786/abd28b

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Control of electronic and ionic conductivity by mixing MXenes and Bentonites, atomic layer materials with different conductive mechanisms2024

    • 著者名/発表者名
      Hiroya Morotomi, Yuki Matsunaga, Amit Banerjee, Toshiyuki Tsuchiya, Jun Hirotani
    • 学会等名
      The Fullerenes-Nanotubes-Graphene General Symposium
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] トランスデューサ層パターニングによる周波数領域サーモリフレクタンス計測手法の高感度化2023

    • 著者名/発表者名
      安倉祐樹, Amit Banerjee, 土屋智由, 廣谷潤
    • 学会等名
      第60回日本伝熱シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] パリレン基板を用いたフレキシブル3ωセンサの作製と評価2023

    • 著者名/発表者名
      山崎瑠斗, 松永優希, Amit Banerjee, 土屋智由, 廣谷潤
    • 学会等名
      第60回日本伝熱シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 熱計測技術とサーマルリザバーコンピューティング技術の融合による熱マネジメント2023

    • 著者名/発表者名
      廣谷潤
    • 学会等名
      第17回グリーンシステム技術分科会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 古くて新しい熱計測技術で拓く熱計測・熱マネジメントの可能性2023

    • 著者名/発表者名
      廣谷潤
    • 学会等名
      第107回産研テクノサロン
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ナノスケール熱計測技術とサーマルリザバーコンピューティング2023

    • 著者名/発表者名
      廣谷潤
    • 学会等名
      日本伝熱学会関西支部 第30期第2回講演討論会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Flexible three-omega sensors fabricated on parylene substrates2023

    • 著者名/発表者名
      Ryuto Yamasaki, Yuki Akura, Hiroya Morotomi, Yuki Matsunaga, Amit Banerjee, Toshiyuki Tsuchiya, and Jun Hirotani
    • 学会等名
      The 23rd Seoul National-Kyoto-Tsinghua University Thermal Engineering Conference
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] トランスデューサ層パターニングによる周波数領域サーモリフレクタンス計測の測定感度の向上2023

    • 著者名/発表者名
      安倉祐樹, Amit Banerjee, 土屋智由, 廣谷潤
    • 学会等名
      日本機械学会第14回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 高温耐性p/n型ドーパントを用いたカーボンナノチューブ薄膜pn接合ダイオード2023

    • 著者名/発表者名
      松永優希, 内山晴貴, 大町遼, 廣谷潤
    • 学会等名
      日本機械学会第14回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 熱拡散率の非線形温度特性を用いた一次元サーマルリザバーコンピューティングにおける駆動条件の検討2023

    • 著者名/発表者名
      武田侑大, Amit Banerjee, 土屋智由, 廣谷潤
    • 学会等名
      日本機械学会第14回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] MXeneやカーボンナノチューブを対象としたナノ材料精製や特性制御とデバイス応用2023

    • 著者名/発表者名
      廣谷潤
    • 学会等名
      第140回黒鉛化合物研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Highly sensitive thermophysical property measurement for anisotropic materials using frequency-domain thermoreflectance with transducer patterning2023

    • 著者名/発表者名
      Yuki Akura, Amit Banerjee, Toshiyuki Tsuchiya, and Jun Hirotani
    • 学会等名
      The 64th Fullerenes-Nanotubes-Graphene General Symposium
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 周波数領域サーモリフレクタンス法による熱物性計測手法の高精度化2022

    • 著者名/発表者名
      安倉祐樹, 太田泰輔, 廣谷潤
    • 学会等名
      第59回炭素材料夏季セミナー
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] A correlation between the crystallinity of single-walled carbon nanotubes and temperature coefficient of Raman shift frequency2021

    • 著者名/発表者名
      Masanori Endo, Haruki Uchiyama, Yutaka Ohno, Jun Hirotani
    • 学会等名
      International Conference on Materials and Systems for Sustainability 2021
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Long-Time Molecular Dynamics: Parallel-in-Time Integration and Machine Learning Interatomic Potentials2020

    • 著者名/発表者名
      Lijun Liu, Yoji Shibutani
    • 学会等名
      14th WCCM & ECCOMAS Congress 2020
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [産業財産権] 電気伝導体及びその設計方法2024

    • 発明者名
      諸富裕哉, 廣谷潤, 松永優希
    • 権利者名
      諸富裕哉, 廣谷潤, 松永優希
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2024
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [産業財産権] 測定試料、熱物性値測定装置、及び、熱物性値測定方法2023

    • 発明者名
      廣谷潤, 安倉祐樹
    • 権利者名
      国立大学法人京都大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2023
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書

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公開日: 2020-10-29   更新日: 2025-01-30  

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