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マルチスケールアプローチによるCoフリースクッテルダイトの熱電変換特性改善

研究課題

研究課題/領域番号 22KF0336
補助金の研究課題番号 22F22756 (2022)
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金 (2023)
補助金 (2022)
応募区分外国
審査区分 小区分28030:ナノ材料科学関連
研究機関芝浦工業大学

研究代表者

Mele Paolo  芝浦工業大学, 工学部, 教授 (70608504)

研究分担者 LATRONICO GIOVANNA  芝浦工業大学, SIT総合研究所, 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2025-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2023年度)
配分額 *注記
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2024年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
2023年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2022年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
キーワードSkutterudites / Doping / Filler / SPS / Quenching / thermoelectrics / thin films / doping / filler / quenching
研究開始時の研究の概要

AY2022:synthesis of double-filled bulk skutterudites and optimisation of the densification parameters with SPS.
AY2023:test of multifilled bulk skutterudites and thermoelectric characterizations; PLD thin film deposition on silica substrates. Fabrication of thin film modules from the best compositions.
AY2024:investigation of the addition of nanoparticles for both bulk and thin films

研究実績の概要

Three samples of skutterudite doped with Sn: Smy(FexNi1-x)4Sb11.5Sn0.5 were prepared with X= 0.45 (n-type semiconductor); X = 0.55 (n-p crossover semiconductor); X = 0.65 (p-type semiconductor). After grinding, sieving, and densification with SPS (500 ℃ for 7 minutes) the samples were sent to a collaborator at NIMS Tsukuba for the transport and thermoelectric characterization. Best samples presented an absolute value of Seebeck coefficient of 100 microV/K, a room temperature thermal conductivity of
1 W/m K, an electrical conductivity of 1000 S/cm and a max power factor of 1700 microW/m K^2 at 550K. These results will be summarized and submitted to an international peer-reviewed journal at the earliest convenience.
The double filled skutterudites of composition (Sm,Nd)y(FexNi1-x)4Sb12 and (Sm,La)y(FexNi1-x)4Sb12 were prepared in collaboration with the research group at University of Genoa and will be subjected to structural investigation by XRD before the densification and thermoelectric characterization. The addition of carbon-based nanodefects to Smy(FexNi1-x)4Sb12 skutterudites in the attempt of reducing the thermal conductivity was accomplished and a series of samples with increasing content of carbon was sent to collaborators at TTI (Nagoya) for SPS densification and thermoelectric characterization.
The fellow visited Dillard University (New Orleans, USA) for 1 month to prepare skutterudite thin films added with carbon nanoparticles

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

The synthesis of carbon-added Smy(FexNi1-x)4Sb12 bulk skutterudites was unexpectedly difficult due to the high reactivity of nanocarbon particles.
The custom made apparatus to measure the power factor in the laboratory is not working properly, so samples have to be sent to collaborators.
At Dillard University due to time constraints it was just possible to calibrate the multi-target, multi-laser PLD system.

今後の研究の推進方策

Future work will be focused to prepare the films of Smy(FexNi1-x)4Sb11.5Sn0.5 and of double-filled skutterudites using the SPS targets. In addition, bulk and thin-film modules of selected n- type and p-type skutterudites will be fabricated and their output power will be evaluated. The preparation of nanocomposite carbon-skutterudite thin films in collaboration with Dillard University will continue.

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 6件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Polymer nanocomposite for protecting photovoltaic cells from solar ultraviolet in space2024

    • 著者名/発表者名
      Darwish Abdalla M.、Sarkisov Sergey S.、Graycol Brandon、Hribljan Anja、Patel Darayas N.、Fedoseyev Alex、Hui David、Mele Paolo、Latronico Giovanna、Cho Kyu、Giri Anit、Koplitz Brent
    • 雑誌名

      Nanotechnology Reviews

      巻: 13 号: 1 ページ: 1-23

    • DOI

      10.1515/ntrev-2024-0013

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Fe(Se,Te) Thin Films Deposited through Pulsed Laser Ablation from Spark Plasma Sintered Targets2024

    • 著者名/発表者名
      Michela Iebole, Valeria Braccini, Cristina Bernini, Andrea Malagoli, Nicola Manca, Alberto Martinelli, Matteo Cialone, Marina Putti, Shiv J. Singh, Giovanna Latronico and Paolo Mele
    • 雑誌名

      Materials

      巻: 1 ページ: 1-10

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] A 200mV Operable On-Chip Temperature Sensor for IoT Devices Powered by Energy Harvesters with Ultra-Low Output Voltage2023

    • 著者名/発表者名
      Usami Kimiyoshi、Wang Songxiang、Nagai Kaito、Latronico Giovanna、Mele Paolo
    • 雑誌名

      IEEE

      巻: 1 ページ: 65-71

    • DOI

      10.1109/iotais60147.2023.10346043

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Roadmap on thermoelectricity2023

    • 著者名/発表者名
      C. Artini, G. Pennelli, P. Graziosi, Z. Li, N. Neophytou, C. Melis, L. Colombo, E. Isotta, K. Lohani, P. Scardi, A. Castellero, M. Baricco, M. Palumbo, S. Casassa, L. Maschio, M. Pani, G. Latronico, P. Mele, and 25 more coauthors
    • 雑誌名

      Nanotechnology

      巻: 34 号: 29 ページ: 292001-292001

    • DOI

      10.1088/1361-6528/acca88

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Effect of the annealing treatment on structural and transport properties of thermoelectric Smy(FexNi1-x)4Sb12 thin films2023

    • 著者名/発表者名
      Latronico Giovanna、Mele Paolo、Sekine Chihiro、Wei Pan Sian、Singh Saurabh、Takeuchi Tsunehiro、Bourges Cedric、Baba Takahiro、Mori Takao、Manfrinetti Pietro、Artini Cristina
    • 雑誌名

      Nanotechnology

      巻: 34 号: 11 ページ: 115705-115705

    • DOI

      10.1088/1361-6528/aca980

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Polymer nanocomposite spectrum down-convertors for UV sensing2022

    • 著者名/発表者名
      Darwish Abdalla M.、Sarkisov Sergey S.、Patel Darayas N.、Wilson Simeon、Jackson Rachel、Moody Nichols、Mele Paolo、Latronico Giovanna、Koplitz Brent
    • 雑誌名

      Proceedings Volume 12229, Photonic Fiber and Crystal Devices: Advances in Materials and Innovations in Device Applications XVI, 1222902

      巻: 12229 ページ: 1222902-1222902

    • DOI

      10.1117/12.2630722

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Effect of the Sn-doping on skutterudites belonging to the system Smy(FexNi1-x)4Sb122023

    • 著者名/発表者名
      Giovanna Latronico, Paolo Mele et al
    • 学会等名
      Advanced Materials Research Grand Meeting - MRM2023/IUMRS-ICA2023 Kyoto
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigation of the Influence of the Sn-Doping on the Structure and Thermoelectric Properties of Co-free Skutterudites2023

    • 著者名/発表者名
      Giovanna Latronico, Paolo Mele et al
    • 学会等名
      Muroran Institute of Technology Rare Earth Workshop 2023 - REWS2023 (online)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Overview of Co-free skutterudites belonging to the system Smy(FexNi1-x)4Sb122023

    • 著者名/発表者名
      Giovanna Latronico
    • 学会等名
      Invited Seminar at Toyota Technological Institute (Nagoya)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Effects of the partial substitution of Sb with Sn in the system Smy(FexNi1-x)4Sb12-dSnd2023

    • 著者名/発表者名
      Giovanna Latronico, Paolo Mele et al
    • 学会等名
      20th Thermoelectric Society of Japan Annual Meeting - TSJ2023 (Kitakyushu)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] PLD thin films of Co-free filled skutterudites: complete study from the annealing parameters refinement to the production of a working on-chip device2023

    • 著者名/発表者名
      Giovanna Latronico, Paolo Mele et al
    • 学会等名
      IUMRS-International Conference on Advanced Materials & 11th International Conference on Materials for Advanced Technologies - IUMRS-ICAM & ICMAT 2023 (Singapore)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Thermoelectric thin film devices for localized heat harvesting2023

    • 著者名/発表者名
      Giovanna Latronico, Paolo Mele, Hiroki Shigemune, Motoki Maeda, Kimiyoshi Usami, Kaito Nagai, Cedric Bourges, Takao Mori
    • 学会等名
      Shibaura IT 2nd IRCGE Workshop, Tokyo (Japan)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Co-Free Skutterudite Thin Films: Optimization of the Annealing Conditions and Thermoelectric Module Measurements2022

    • 著者名/発表者名
      G. Latronico, P. Mele, C. Artini, Y. Kawamura, C. Sekine, T. Takeuchi, C. Bourges, T. Mori
    • 学会等名
      Muroran Institute of Technology Rare Earth Workshop 2022 (REWS2022), Muroran (Japan)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Developing of a Printed Thin-Film Thermoelectric Device on a Paper Substrate2022

    • 著者名/発表者名
      Giovanna Latronico, Hiroki Shigemune, Motoki Maeda, Cedric Bourges, Takao Mori, Paolo Mele
    • 学会等名
      International Conference on Organic and Hybrid Thermoelectrics (ICOT2022), Kitakyushu (Japan)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2022-11-17   更新日: 2024-12-25  

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