| 研究課題/領域番号 |
21J15714
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分26020:無機材料および物性関連
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| 研究機関 | 豊田工業大学 |
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研究代表者 |
平田 圭佑 豊田工業大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-28 – 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 |
1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
2022年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
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| キーワード | 銀カルコゲナイド / 熱伝導度 / 熱スイッチ / 熱ダイオード / 電子熱伝導度 / 格子熱伝導度 / 熱流制御 / 熱マネージメント |
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| 研究開始時の研究の概要 |
熱ダイオード・スイッチ等の熱流制御技術を確立できれば、未利用熱・廃熱を、熱が必要な場所・時間に効率的に運ぶことで、有効利用することが可能となる。実用可能な素子の開発には、固体の熱伝導度を支配する因子を徹底理解した上で、物理的考察から性能向上指針を構築する必要がある。
本研究では、銀カルコゲナイドで観測された異常な電子・格子熱伝導度について、これをもたらす新奇物理現象を高分解能角度分解光電子分光装置、非弾性X線散乱実験等を駆使して解明し、得られた知見から熱伝導を制御・設計する指針を構築する。世界に先駆けて、実用可能な熱流制御素子、および、新たな機能性材料の開発手法を確立することを目指している。
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| 研究実績の概要 |
高性能な熱電素子、熱ダイオード・スイッチ等を開発できれば、未利用熱・廃熱の活用につながり、省エネルギー・カーボンニュートラルな社会の実現に貢献することが可能となる。これらの素子の高性能化には、固体の熱伝導度を支配する因子を理解したうえで、物理的考察から性能向上指針を構築することが不可欠である。
本研究は、銀カルコゲナイドで観測された異常な電子・格子熱伝導度(極めて低い格子熱伝導度、古典論では説明できない電子・格子熱伝導度の挙動)の物理的起源を先端の実験・計算手法を駆使して解明し、得られた知見から熱伝導を制御・設計する指針を構築すること、および、得られた指針を熱制御素子や新たな熱機能性材料の開発に応用することを目指した。
これまでに、高品質試料作製法の確立、精密な物性測定、熱伝導度の温度・電場・磁場依存性測定、および、放射光を利用した精密結晶構造解析を行った。その結果、銀カルコゲナイドの熱伝導度の異常な挙動は、電子・格子熱伝導度の両方の変化で生み出されており、電子・格子熱伝導度の評価には、従来用いられてきた単純なヴィーデマン・フランツ則が役に立たず、フォノンの強散乱極限において長波長音響フォノンだけが熱輸送に寄与すると仮定したモデルが有効であることが分かった。極めて低い格子熱伝導度の起源については、Ag原子のスプリットサイトもしくは侵入型欠陥の形成と関連することが分かった。また、研究を通して得られた知見から、高性能な熱電素子、熱ダイオード、熱スイッチの開発には、共通して、極めて低い格子熱伝導度および半導体的電子構造を有する材料が必要と分かった。実際に、銀カルコゲナイドやSi-Ge合金を用いて、室温以上で高い性能を示す複合材料熱ダイオード素子、キャパシタ型熱スイッチ素子、および、磁気熱伝導度効果材料（熱スイッチ）を開発した。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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