| 研究課題/領域番号 |
22H04953
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| 研究種目 |
基盤研究(S)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
大区分C
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
宮崎 康次 九州大学, 工学研究院, 教授 (70315159)
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| 研究分担者 |
八木 貴志 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究グループ長 (10415755)
三浦 飛鳥 九州工業大学, 環境エネルギー融合研究センター, 助教 (10911274)
松平 和之 九州工業大学, 大学院工学研究院, 教授 (40312342)
高尻 雅之 東海大学, 工学部, 教授 (50631818)
河野 翔也 九州工業大学, 大学院工学研究院, 助教 (60878429)
矢吹 智英 九州工業大学, 大学院工学研究院, 准教授 (70734143)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-27 – 2027-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
186,030千円 (直接経費: 143,100千円、間接経費: 42,930千円)
2024年度: 42,380千円 (直接経費: 32,600千円、間接経費: 9,780千円)
2023年度: 42,510千円 (直接経費: 32,700千円、間接経費: 9,810千円)
2022年度: 43,290千円 (直接経費: 33,300千円、間接経費: 9,990千円)
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| キーワード | フォノンエンジニアリング / 非接触温度測定 / 熱伝導率測定 / 熱輸送制御 / フォノン / 非接触熱伝導率測定 / 分子動力学 / 機械学習 / 熱伝導 / 非接触測定法 / 第一原理計算 / サーモリフレクタンス / ラマン分光 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
フォノンエンジニアリングのキーワードで代表されるように，フォノン輸送からマルチスケールに熱伝導現象を理解して高度に制御することは，電気自動車など様々な場面における熱問題を根本から解決する必須の技術である．ナノ構造で格子振動(フォノン)がどのような運動をして，熱を伝導しているか詳細に計算できるようになったが，フォノンの直接測定の難しさからモデルの域を超えていない．フォノンの弾道輸送に起因する従来のフーリエ則では説明できない局所温度分布や局所的な有効熱伝導率を測定し，フォノン輸送数値計算結果を比較することで，熱伝導現象への理解を深め，熱を電気のように高度に制御できる基盤技術，基盤知識を構築する．
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| 研究実績の概要 |
微小領域の熱伝導率測定対象として準備したビスマステルライドナノプレート上にSnナノ粒子を析出させ、熱伝導率との関係を調べた。結果、ナノ粒子の積出量が多くなるにつれナノプレート集合体の面方向の見かけの熱伝導率が低下し，Sn量が全体の2.2at%まで増加すると熱伝導率はSn微粒子の無いサンプルの熱伝導率と比較して30%減少した．もう一つの熱伝導率測定対象である酸化イリジウム針状単結晶については、Spring-8による測定結果、ならびに第一原理計算から得られるフォノン群速度が比較的大きく、接触型熱伝導率測定法で得られた低い熱伝導率を説明できない。強いフォノン散乱が想定されるがSpring-8の測定結果から得られるフォノン寿命でも実験結果を説明できず、非接触熱伝導率測定結果を待つ状態となった。改めて正確な熱伝導率測定の重要性が浮き彫りとなった。時間分解ラマン測定による熱拡散率測定装置の試験運用をスタートさせ、温度差45Kを測定できることを示した。米国グループの先行研究では同手法により300Kの温度差が測定限界であり、大幅に温度分解能を高めることができた。微小領域サーモリフレクタンス法についても測定技術を高め、直径20ミクロンの羊毛の熱拡散率を測定できる技術に高めた。今後、測温用レーザーの位置制御技術のさらなる高度化が必須な段階となった。第一原理計算と機械学習ポテンシャルを併用した分子動力学計算についてはノウハウを構築し、ビスマステルライドやハロゲン化ペロブスカイトといった経験的ポテンシャルのない物質に対して分子動力学計算を実施できるようになった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
測定対象となる微小サンプルの生成については、ナノ粒子を表面に析出させるなど、その微細構造まで制御できる技術を構築するとともに熱伝導率がナノ構造によって変化する結果も得た。一方で非接触熱伝導率測定の構築がやや遅れており、微小サンプルの熱伝導率測定への適用を急いでいる。ただし、現状においてもラマン測定による温度分解能をはじめとして、先行研究より高い技術を構築できている。
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| 今後の研究の推進方策 |
微小サンプルの生成、数値計算技術のノウハウ構築を終えており、非接触熱伝導率測定が本研究のボトルネックとなっている。サーモリフレクタンス法、ラマン測定の技術をさらに高めるとともに高速度赤外線カメラによる測定構築も急ぐ。さらにサーモリフレクタンス法においては、高感度カメラを導入することで光の焦点を集めずに測定できるサーモリフレクタンスイメージングにも新たに取り組む。
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