| 研究課題/領域番号 |
22K14197
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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 | 早稲田大学 (2023)
青山学院大学 (2022) |
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研究代表者 |
柏木 誠 早稲田大学, ナノ・ライフ創新研究機構, 次席研究員(研究院講師) (70825421)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 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 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
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| キーワード | フォノン熱輸送 / 格子ひずみ / 熱計測 / 熱物性計測 / ひずみ / 熱伝導 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、ひずみを与えることによる固体材料中のフォノン熱輸送特性がどのように変化するかを明らかにするとともに、それを利用した新たな熱物性制御技術を確立することを目指す。固体材料に外力を加えると変形するが、これは結晶構造の変形に起因する。ここで固体材料内部での熱の伝播は原子の振動の伝播であり、それらは結晶構造に大きく依存する。したがって、固体材料に外力を加えてひずみを生じさせると、その熱物性が変化すると考えられる。本研究では、ひずみによる熱物性の変化を評価するとともに、ひずみの印加、除去による動的な熱物性制御技術の確率を目指す。
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| 研究成果の概要 |
本提案研究では、ひずみの印加による熱輸送制御技術の可能性について実験的、数値解析的両手法を用いて検討した。実験的にはスパッタリング成膜時の条件を制御することで膜内の応力を変化させ、その熱伝導率を評価した。その結果、ひずみ量の変化により熱伝導率が変化することが示された。また、数値解析的には、ひずみを加えた材料におけるフォノン熱輸送特性を、第一原理計算を用いて計算、評価した。その結果、格子定数の変化に伴い、高周波のフォノンが低周波にシフトすることでフォノン熱輸送特性が変化することが明らかとなった。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究成果はひずみを用いたフォノン熱輸送特性制御の可能性を示したものである。この結果は、従来のフォノン・エンジニアリングにおける構造界面におけるフォノン散乱を利用した熱輸送制御とは異なり、結晶構造または原子配列構造に基づいたフォノン輸送特性の制御の可能性を示したものである。この成果は、新規な熱輸送特性制御の可能性を提示するだけでなく、従来のフォノン・エンジニアリングと組み合わせることで、さらなる熱輸送特性制御の可能性も提示するものであり、学術的な意義は大きい。また、本研究成果はより高度かつ複雑なサーマルマネージメントを可能とするものであり、その社会的意義も大きい。
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