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第一原理に基づいた熱伝導解析によるバルク熱電変換素子の高性能化

研究課題

研究課題/領域番号 23760178
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 熱工学
研究機関東京大学

研究代表者

塩見 淳一郎  東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40451786)

研究期間 (年度) 2011 – 2013
研究課題ステータス 完了 (2013年度)
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)
2013年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2012年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2011年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワード熱電変換 / 熱伝導 / フォノン / 第一原理 / 格子動力学 / 分子動力学 / 第一原理計算
研究概要

本研究では,密度汎関数法,格子動力学法,分子動力学法,モンテカルロ法をシームレスに練成させたマルチスケールフォノン輸送解析ツールを開発し,単結晶,置換型合金結晶,ナノ構造化結晶などのバルク熱電変換材料のフォノンモードごとの熱輸送を解析することに成功した.鉛カルコゲナイド,ハーフホイスラー化合物,マグネシウムシリサイドなどの材料を対象として,まず単結晶について実験と比較して計算の妥当性を検証した上で,合金結晶の熱伝導率低減効果の組成比への依存性を明らかにした.さらに,累積熱伝導率や熱伝導率スペクトルの計算を通じて各材料に適したナノ構造の種類を同定し,材料設計指針を得た.

報告書

(4件)
  • 2013 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2012 実施状況報告書
  • 2011 実施状況報告書
  • 研究成果

    (43件)

すべて 2014 2013 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (21件) (うち査読あり 20件) 学会発表 (18件) (うち招待講演 13件) 図書 (2件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Origin of anomalous anharmonic lattice dynamics of lead telluride2014

    • 著者名/発表者名
      Takuma Shiga, Takuru Murakami, Takuma Hori, Olivier Delaire, Junichiro Shiomi
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 7

    • NAID

      210000137049

    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermal conductivity of bulk nanostructured lead telluride2014

    • 著者名/発表者名
      Takuma Hori, Gang Chen, Junichiro Shiomi
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 104 号: 2 ページ: 021915-021915

    • DOI

      10.1063/1.4862323

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書 2013 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of mass difference in isotope phonon scattering2014

    • 著者名/発表者名
      Takuma Shiga, Takuma, Hori, Junichiro Shiomi
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 53

    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Influence of mass contrast in alloy phonon scattering2014

    • 著者名/発表者名
      Takuma Shiga, Takuma Hori, and Junichiro Shiomi
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 53 号: 2 ページ: 021802-021802

    • DOI

      10.7567/jjap.53.021802

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Origin of anomalous anharmonic lattice dynamics of lead telluride2014

    • 著者名/発表者名
      Takuma Shiga, Takuru Murakami, Takuma Hori, Olivier Delaire, and Junichiro Shiomi
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 7 号: 4 ページ: 041801-041801

    • DOI

      10.7567/apex.7.041801

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermal resistance and phonon scattering at the interface between carbon nanotube and amorphous polyethylene2013

    • 著者名/発表者名
      Sho Hida, Takuma Hori, Takuma Shiga, James Elliott, Junichiro Shiomi
    • 雑誌名

      International Journal of Heat and Mass Transfer

      巻: 67 ページ: 1024-1029

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書 2013 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Importance of local force fields on lattice thermal conductivity reduction in PbTel-xSex alloys2013

    • 著者名/発表者名
      Takuru Murakami, Takuma Shiga, Takuma Hori, Keivan Esfariani, Junichiro Shiomi
    • 雑誌名

      Europhysics Letters

      巻: 102 号: 4 ページ: 46002-46002

    • DOI

      10.1209/0295-5075/102/46002

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書 2013 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Phonon transport analysis of silicon germanium alloys using molecular dynamics simulations2013

    • 著者名/発表者名
      Takuma Hori, Takuma Shiga, and Junichiro Shiomi
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 113 号: 20

    • DOI

      10.1063/1.4807301

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書 2013 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Gallium arsenide thermal conductivity and optical phonon relaxation times from first-principles calculations2013

    • 著者名/発表者名
      Tengfei Luo, Jivtesh Garg, Junichiro Shiomi, Keivan Esfarjani, Gang Chen
    • 雑誌名

      Europhysics Letters

      巻: 101 号: 1 ページ: 16001-16001

    • DOI

      10.1209/0295-5075/101/16001

    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書 2012 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stronger phonon scattering by larger differences in atomic mass and size in p-type half-Heuslers Hf1-xTixCoSb0.8Sn0.22012

    • 著者名/発表者名
      Xiao Yan, Weishu Liu, Hui Wang, Shuo Chen, Junichiro Shiomi, Keivan Esfarjani, Hengzhi Wang, Dezhi Wang, Gang Chen, Zhifeng Ren
    • 雑誌名

      Energy & Environmental Science COMMUNICATIONS

      巻: 5 号: 6 ページ: 7543-7548

    • DOI

      10.1039/c2ee21554c

    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書 2012 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electronic, Magnetic and Thermal Properties of Graphene-Diamond Hybrid Structure2012

    • 著者名/発表者名
      Takuma Shiga, Satoru Konabe, Junichiro Shiomi, Takahiro Yamamoto, Shigeo Maruyama, Susumu Okada
    • 雑誌名

      Applied Physics Letter

      巻: 100 号: 23 ページ: 233101-233101

    • DOI

      10.1063/1.4725485

    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書 2012 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Phonon Conduction in Lead Selenide and Lead Telluride from First Principles Calculations2012

    • 著者名/発表者名
      Zhiting Tian, Jivtesh Garg, Keivan Esfarjani, Takuma Shiga, Junichiro Shiomi, Gang Chen
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 85 号: 18 ページ: 184303-184303

    • DOI

      10.1103/physrevb.85.184303

    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書 2012 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Microscopic mechanism of low thermal conductivity in lead-telluride2012

    • 著者名/発表者名
      Takuma Shiga, Junichiro Shiomi, Jie Ma, Olivier Delaire, Tomasz Radzynski, Andrzej Lusakowski, Keivan Esfarjanim, Gang Chen
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 85 号: 15 ページ: 155203-155203

    • DOI

      10.1103/physrevb.85.155203

    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書 2012 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] カーボンナノチューブ/ポリマー複合材の熱伝導における界面熱抵抗2012

    • 著者名/発表者名
      飛田翔,志賀拓麿,丸山茂夫, James A. Elliott,塩見淳一郎
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集(B編)

      巻: 78 ページ: 634-643

    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 分子動力学法によるシリコン結晶のモード依存フォノン輸送解析2012

    • 著者名/発表者名
      堀琢磨,志賀拓麿,丸山茂夫,塩見淳一郎
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集(B編)

      巻: 78 ページ: 328-337

    • NAID

      130002050660

    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of bending buckling of carbon nanotubes on thermal conductivity of carbon nanotube materials2012

    • 著者名/発表者名
      Alexey N. Volkov, Takuma Shiga, David Nicholson, Junichiro Shiomi, Leonid V. Zhigilei
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 111

    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書 2011 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermal conductance of buckled carbon nanotubes2012

    • 著者名/発表者名
      Fumio Nishimura, Takuma Shiga, Shigeo Maruyama, Kazuyuki Watanabe, Junichiro Shiomi
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 51 号: 1R ページ: 015102-015102

    • DOI

      10.1143/jjap.51.015102

    • NAID

      40019137929

    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書 2011 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 分子動力学法によるシリコン結晶のモード依存フォノン輸送解析2012

    • 著者名/発表者名
      堀 琢磨,志賀 拓麿,丸山 茂夫,塩見 淳一郎
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集(B 編)

      巻: 78 ページ: 328-337

    • NAID

      130002050660

    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 飛田翔, 志賀拓麿, 丸山茂夫, James A. Elliott, 塩見淳一郎2012

    • 著者名/発表者名
      カーボンナノチューブ/ポリマー複合材の熱伝導における界面熱抵抗と
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集(B 編)

      巻: 78 ページ: 634-643

    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermal conductivity of half-Heusler compounds from first-principles calculations2011

    • 著者名/発表者名
      Junichiro Shiomi, Keivan Esfarjani, Gang Chen
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 84 号: 10

    • DOI

      10.1103/physrevb.84.104302

    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書 2011 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Reduction of phonon lifetimes and thermal conductivity of a carbon nanotube on amorphous silica2011

    • 著者名/発表者名
      Zhun-Yong Ong, Eric Pop, Junichiro Shiomi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 84 号: 16

    • DOI

      10.1103/physrevb.84.165418

    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書 2011 実施状況報告書
  • [学会発表] Phonon transport in nanostructured thermoelectric materials2013

    • 著者名/発表者名
      Junichiro Shiomi
    • 学会等名
      IUMRS International Conference in Asia
    • 発表場所
      Bangalore, India
    • 年月日
      2013-12-16
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Multiscale phonon transport analysis of alloyed and nanostructured thermoelectric materials2013

    • 著者名/発表者名
      Junichiro Shiomi
    • 学会等名
      ASME 2013 International Mechanical Engineering Congress & Exposition
    • 発表場所
      San Diego, USA
    • 年月日
      2013-11-17
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書 2013 研究成果報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Multiscale analysis of phonon transport in nanostructured thermoelectric materials2013

    • 著者名/発表者名
      Junichiro Shiomi
    • 学会等名
      The 32rd International Conference on Thermoelectrics
    • 発表場所
      Kobe, Japan
    • 年月日
      2013-07-03
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Multiscale analysis of phonon transport in thermoelectric materiarls2013

    • 著者名/発表者名
      Junichiro Shiomi
    • 学会等名
      2013 MRS Spring Meeting & Exhibit
    • 発表場所
      San Francisco, USA
    • 年月日
      2013-04-04
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Multiscale analysis of phonon transport in thermoelectric materials2013

    • 著者名/発表者名
      Junichiro Shiomi,
    • 学会等名
      2013 MRS Spring Meeting & Exhibit
    • 発表場所
      San Francisco, USA
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Multiscale analysis of phonon transport in nanostructured thermoelectric materials2013

    • 著者名/発表者名
      Junichiro Shiomi,
    • 学会等名
      The 32nd International Conference on Thermoelectrics
    • 発表場所
      Kobe, Japan
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Phonon transport in nanostructured thermoelectric materials2013

    • 著者名/発表者名
      Junichiro Shiomi
    • 学会等名
      IUMRS International Conference in Asia, ,
    • 発表場所
      Bangalore, India
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Numerical analysis of mode-dependent phonon transport - Towards accuracy and complexity2012

    • 著者名/発表者名
      Junichiro Shiomi
    • 学会等名
      ISSP-CMSI international workshop/symposium on Material Simulation in Petaflops era (MASP2012)
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      2012-07-06
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Thermal transport in carbon nanotubes in practical situations, Material Research Society2012

    • 著者名/発表者名
      Junichiro Shiomi
    • 学会等名
      International Conference of Young Researchers on Advanced Materials
    • 発表場所
      Singapore, Singapore
    • 年月日
      2012-07-02
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Microscopic heat conduction simulations for designing thermoelectrics2011

    • 著者名/発表者名
      Junichiro Shiomi
    • 学会等名
      International Workshop on Micro/Nano-Engineering
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 年月日
      2011-12-18
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Numerical analysis of mode-dependent phonon transport Towards accuracy and complexity2011

    • 著者名/発表者名
      Junichiro Shiomi
    • 学会等名
      7th US-Japan Joint Seminar on Nanoscale Transport Phenomena - Science and Engineering
    • 発表場所
      Shima, Japan.
    • 年月日
      2011-12-12
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Lattice thermal conductivity of half-Heusler compounds from first principle calculations2011

    • 著者名/発表者名
      Junichiro Shiomi, Keivan Esfarjani, Xiao Yan, Zhifeng Ren, Gang Chen
    • 学会等名
      International Thermoelectric Conference
    • 発表場所
      Traverse City, USA
    • 年月日
      2011-07-02
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書 2011 実施状況報告書
  • [学会発表] Thermal conductivity of half-Heusler compounds from first principle calculations, Material Research Society2011

    • 著者名/発表者名
      Junichiro Shiomi, Keivan Esfarjani, Gang Chen
    • 学会等名
      (MRS) Spring Meeting
    • 発表場所
      San Francisco, USA
    • 年月日
      2011-04-29
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
  • [学会発表] Thermal conductivity of half-Heusler compounds from first principle calculations2011

    • 著者名/発表者名
      Junichiro Shiomi, Keivan Esfarjani, Gang Chen
    • 学会等名
      Material Research Society (MRS) Spring Meeting
    • 発表場所
      San Francisco, USA
    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書
  • [学会発表] Numerical analysis of mode-dependent phonon transport - Towards accuracy and complexity -2011

    • 著者名/発表者名
      Junichiro Shiomi
    • 学会等名
      7th US-Japan Joint Seminar on Nanoscale Transport Phenomena - Science and Engineering(招待講演)
    • 発表場所
      Shima, Japan
    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書
  • [学会発表] Microscopic heat conduction simulations for designing thermoelectrics2011

    • 著者名/発表者名
      Junichiro Shiomi
    • 学会等名
      International Workshop on Micro/Nano-Engineering(招待講演)
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書
  • [学会発表] Numerical analysis of mode-dependent phonon transport - Towards accuracy and complexity -

    • 著者名/発表者名
      Junichiro Shiomi
    • 学会等名
      ISSP-CMSI international workshop/symposium on MAterial Simulation in Petaflops era (MASP2012)
    • 発表場所
      The University of Tokyo, Tokyo
    • 関連する報告書
      2012 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Thermal transport in carbon nanotubes in practical situations

    • 著者名/発表者名
      Junichiro Shiomi
    • 学会等名
      Material Research Society, International Conference of Young Researchers on Advanced Materials
    • 発表場所
      Singapore, Singapore
    • 関連する報告書
      2012 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [図書] 「熱電変換材料の設計:第一原理に基づく格子熱伝導解析」,環境発電ハンドブック2012

    • 著者名/発表者名
      塩見淳一郎
    • 総ページ数
      8
    • 出版者
      エヌ・ティー・エス
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
  • [図書] 「熱電変換材料の設計:第一原理に基づく格子熱伝導解析」,環境発電ハンドブック2012

    • 著者名/発表者名
      塩見淳一郎
    • 総ページ数
      8
    • 出版者
      エヌ・ティー・エス
    • 関連する報告書
      2012 実施状況報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.phonon.t.u-tokyo.ac.jp

    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
  • [備考] http://www.phonon.t.u-tokyo.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2012 実施状況報告書

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公開日: 2011-08-05   更新日: 2019-07-29  

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