研究課題/領域番号 |
22K14475
|
研究種目 |
若手研究
|
配分区分 | 基金 |
審査区分 |
小区分26020:無機材料および物性関連
|
研究機関 | 大阪大学 |
研究代表者 |
Li Haobo 大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (20938188)
|
研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
|
研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
|
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)
2024年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2022年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
|
キーワード | 強相関酸化物 / イオン制御 / イオントロニクツ / Ionic manipulation / Topochemical reaction / Complex oxides |
研究開始時の研究の概要 |
We will combine both physics and chemistry methods in ionic control, aiming to obtain unknown materials and tunable properties. This may not only bring about novel functional materials, but also benefit applications such as thermoelectric devices, hydrogen storage materials, batteries and etc.
|
研究実績の概要 |
今まで一年間の研究において、主にニッケル酸化物(ReNiO3, Re = Nd, Sm, Eu)を中心として研究を展開している。イオン液体と触媒ガス反応の組合を利用することで、水素化したニッケル酸化物(H-ReNiO3, Re = Nd, Sm, Eu)の薄膜合成、水素化の回復性、水素転移速度及びデバイス開発、Seebeck関数および熱伝導率の測定を完成した。主要な結果は下記の通りです。 1.【水素化によるReNiO3の結晶構造の変化および回復性】水素化した後、面外格子定数の膨張は発見された。その変化の程度は、Re元素の依存性があるので、その原因の解析は今後の研究内容の一つである。それに、水素化による膨張した結晶を加熱すると、元々の状態に回復できることを確認した。回復性を有する材料はデバイス設計には不可欠な条件なので、すべてのH-ReNiO3はトランジスタなどのデバイスに適用できることを明らかにした。その結果は、第69回応用物理学会春季学術講演会で発表された。 2.【H-ReNiO3の水素転移速度の調査】光学顕微鏡での観察とインピーダンス方法を組み合わせて、初めてH-NdNiO3の水素伝導率と活性化エネルギーを解明した上で、論文一報を発表した(Applied Physics Express 2023)。その結果に基づいて、水素メモリデバイスの開発を成功、第83回応用物理学会秋季学術講演会で発表した。論文も投稿された。 3.【水素化によるReNiO3のSeebeck関数の変化の調査】完全に水素化することで、NdNiO3とSmNiO3の電子伝導は大きく抑えられたので、Seebeck関数は抑えられたが、EuNiO3は逆に大きくなってくる。今論文と学会発表は準備中です。 4.新規な酸化物Sr4Co3O9の合成を成功した。2023年第70回応用物理学会春季学術講演会で発表した。
|
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
本研究の中心では、物理と化学の方法の「Joint control」を利用することで、新規の酸化物の合成及び応用の可能性を探索することです。材料の合成の方面、一年間の探索おいて、Sr4Co3O9の新規な酸化物を初めて合成、2023年度論文発表の予定です。水素化酸化物に調査・応用について、イオン液体(物理)と触媒ガス(化学)二つのアプローチで、シリーズのニッケル酸化物(ReNiO3, Re = Nd, Sm, Eu)の水素化を成功した。その結果に基づいて、初めて水素化したReNiO3のSeebeck関数及び熱伝導率を探索、水素メモリデバイス開発も進んでいる。この一年間、学会発表三回、論文発表一報、一報投稿中の実績から見ると、申請する時目的としての「材料合成」及び「材料応用」二つの方向の進展は順調だと判断できる。
|
今後の研究の推進方策 |
現在の結果により、NdNiO3は可逆的な4倍の熱伝導変化(水素化後熱伝導率は2 W/m・K)を発見、熱トランジスタには可能な材料と判断された。それに、EuNiO3では、水素化後熱伝導率は意外に大きくなったことは新しい発見、物理や化学的な興味があるかもしれない。その原因を深く理解、Seebeck関数をもっと大きく向上させるために、水素量を調整したサンプルのSeebeck関数を測定する必要がある。今年度、まず水素量を調整したH-ReNiO3薄膜のSeebeck関数の測定を行い、Seebeck関数のピーク値(目標~100 μV/K)を探す。次、水素化前後のReNiO3の熱伝導率の元素依存性をまとめ、メカニズムを深く分析する。その結果に基づいて、ON/OFF比は4倍以上を目指して、固体ゲートの熱トランジスタを試作しながら、熱伝導率をもっと抑える可能性を探索する。詳しくは、下記の通りです。 ①NdNiO3薄膜で熱トランジスタの設計を行って、チャネル部分を作る。②水素量(x)を調整したHx-ReNiO3(Re = Nd, Sm, Eu)薄膜合成、Seebeck関数を向上させる可能性を探索。③今まだ発見したSeebeck関数と熱伝導率における変化のRe元素依存性を解明、その原因を分析する。④共同研究者との十分な検討のうえ、設計したデバイス及び物性変化のメカニズムに関する論文・特許などを作成。⑤水素化したCo系材料の熱電性能を探索する。
|