| 研究課題/領域番号 |
21K14092
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分19020:熱工学関連
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| 研究機関 | 長岡技術科学大学 |
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研究代表者 |
馬場 将亮 長岡技術科学大学, 工学研究科, 助教 (10826176)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 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 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | 金属ー絶縁体相転移 / 金属―絶縁体相転移材料 / 熱制御 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究の目的は，金属/絶縁相転移界面におけるフォノン挙動(伝熱特性)の解明である．二酸化バナジウム(VO2)は，室温付近で金属―絶縁体相転移をする材料であり，相転移前後で結晶構造が変化し，熱・電気物性が大きく変化する．我々はこれまでの研究で「VO2は材料内部に金属相と絶縁体相の界面がある時に熱伝導率が低下する」という現象を観察している．この現象は，金属/絶縁体界面におけるフォノン散乱(熱輸送の阻害)に起因していると考えられる．そこで本研究では，界面熱抵抗の測定を通して金属/絶縁体界面におけるフォノン散乱挙動を分析し，この現象を用いた熱制御素子の実現可能性を検討する．
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| 研究成果の概要 |
本研究では，金属/絶縁体界面のフォノン散乱を解明することを目的とし，金属―絶縁体相転移材料であるVO2およびＷをドープしたVO2（W-VO2）の成膜技術の確立とVO2単相のバルク体の熱物性の測定を行った．VO2およびW-VO2の成膜では，スパッタリング法を用いた成膜法により3桁以上抵抗変化をするVO2膜を作製できた．さらに成膜したW-VO2の相転移温度はVO2の相転移温度より低下しており，Wドープにより相転移温度が制御できることが実証できた．VO2の焼結では，理論密度に対する相対密度が95％以上の焼結体を作製できた．焼結体の潜熱，比熱，熱伝導率を測定し，VO2単相の物性を明らかにした．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究で用いた成膜手法は，スパッタリング法によりアモロファス相のVO2を成膜し，熱処理によって結晶化させる手法である．この手法は，大面積の成膜が可能，成膜時に酸素の調整が不要，基板の加熱が不要という利点があり，他の成膜手法と比べて工業的に有利である．本研究では，この成膜手法で未知であった熱処理条件と膜の物性との関係を明らかにし，MITに伴う抵抗変化が大きいVO2膜を作製できる条件を明らかにした．この成果は，VO2膜を用いたデバイスの製品化に貢献すると考えられる．
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