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網羅的電子状態計算を利用したフロンティア熱電変換材料の設計と探索

研究課題

研究課題/領域番号 23760647
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 無機材料・物性
研究機関東京大学 (2013-2014)
独立行政法人理化学研究所 (2011-2012)

研究代表者

桂 ゆかり  東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 研究員 (00553760)

研究期間 (年度) 2011-04-28 – 2015-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2014年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2013年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2012年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2011年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード熱電変換 / 第一原理計算 / 電子構造 / 熱伝導率 / 輸送特性 / 新物質探索 / 第一原理電子状態計算 / MgSrSi型化合物 / スズ硫化物 / 物質探索
研究成果の概要

熱電変換材料とは温度差と電気を相互変換する材料であり、冷却素子や発電素子として応用されています。しかしこれらは毒性元素や希少元素を含んでいるという問題があり、代替材料の開発が急務です。そこで本研究では、電子構造や格子振動の特性が変換効率や熱抵抗の目標値の達成に十分であるか判定するための理論計算手法を開発しました。これらの手法を用いて500種類以上の化合物の計算を行い、有望な化合物の特徴を解明しました。研究の過程で見つかった候補物質は実際に合成し、MgSrSi型化合物やSnS, Sn2S3などのスズ硫化物が非常に低い熱伝導率を持つ有望な熱電変換材料候補物質であることを発見しました。

報告書

(5件)
  • 2014 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2013 実施状況報告書
  • 2012 実施状況報告書
  • 2011 実施状況報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2015 2014 2013 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (14件) (うち招待講演 4件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] 計算科学基礎講座 熱電研究のための第一原理計算入門 第1回 密度汎関数法による第一原理バンド計算2014

    • 著者名/発表者名
      桂 ゆかり
    • 雑誌名

      日本熱電学会誌

      巻: 10,3 ページ: 20-25

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [雑誌論文] 計算科学基礎講座 熱電研究のための第一原理計算入門 第2回 バンド計算から得られる情報2014

    • 著者名/発表者名
      桂 ゆかり
    • 雑誌名

      日本熱電学会誌

      巻: 11,1 ページ: 18-25

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [雑誌論文] 計算科学基礎講座 熱電研究のための第一原理計算入門 第3回 Boltzmann輸送方程式による熱電特性計算2014

    • 著者名/発表者名
      桂 ゆかり
    • 雑誌名

      日本熱電学会誌

      巻: 11,2 ページ: 19-30

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [雑誌論文] Superconductivity at 6 K and the Violation of Pauli Limit in Ta2PdxS52014

    • 著者名/発表者名
      Yangfan Lu, Tomohiro Takayama, Alimamy F. Bangura, Yukari Katsura, Daisuke Hashizume, Hidenori Takagi
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 83 号: 2 ページ: 23702-23702

    • DOI

      10.7566/jpsj.83.023702

    • NAID

      210000132937

    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 計算科学基礎講座 熱電研究のための第一原理計算入門 第1回 密度汎関数法による第一原理バンド計算2014

    • 著者名/発表者名
      桂 ゆかり
    • 雑誌名

      日本熱電学会誌

      巻: 10, vol. 3 ページ: 20-25

    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [雑誌論文] MgSrSi-Type Compounds as a Possible New Family of Thermoelectric Materials2012

    • 著者名/発表者名
      Yukari Katsura, Hidenori Takagi
    • 雑誌名

      Journal of Electronic Materials

      巻: In Press 号: 7 ページ: 1-4

    • DOI

      10.1007/s11664-012-2226-z

    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書 2012 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Material dependence of maximum possible ZT and minimum thermal conductivity2015

    • 著者名/発表者名
      Yukari Katsura
    • 学会等名
      The 34th International Conference of Thermoelectrics (ICT2015) / 13th European Conference on Thermoelectrics (ECT2015)
    • 発表場所
      Dresden, Germany
    • 年月日
      2015-06-28 – 2015-07-02
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 最低熱伝導率の観点に基づく低熱伝導率材料の候補物質2015

    • 著者名/発表者名
      桂ゆかり, 高木英典
    • 学会等名
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東海大学湘南キャンパス, 神奈川県平塚市
    • 年月日
      2015-03-11 – 2015-03-14
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] First-principles calculation of minimum thermal conductivity to design low thermal conductivity materials2015

    • 著者名/発表者名
      Yukari Katsura, Hidenori Takagi, Atsushi Oshiyama
    • 学会等名
      The 2015 Symposium for the Promotion of Applied Research Collaboration in Asia (SPARCA 2015)
    • 発表場所
      Taipei, Taiwan
    • 年月日
      2015-02-08 – 2015-02-11
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 最低熱伝導率計算に基づく新規低熱伝導率材料の設計指針2014

    • 著者名/発表者名
      桂ゆかり, 高木英典
    • 学会等名
      第11回日本熱電学会学術講演会
    • 発表場所
      物質・材料研究機構, 茨城県つくば市
    • 年月日
      2014-09-29 – 2014-09-30
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Material dependence of sound velocity and minimum phonon thermal conductivity from first-principles2014

    • 著者名/発表者名
      Yukari Katsura, Hidenori Takagi
    • 学会等名
      The 33rd International Conference of Thermoelectrics (ICT2014)
    • 発表場所
      Nashville, TN, USA
    • 年月日
      2014-07-06 – 2014-07-10
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 第一原理計算を用いた熱電特性のキャリア濃度依存性の解析2014

    • 著者名/発表者名
      桂ゆかり, 高木英典
    • 学会等名
      第61回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      青山学院大学
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] Towards discovery of new thermoelectric materials: a calculation-aided search2013

    • 著者名/発表者名
      Yukari Katsura, Yuta Tashiro, Masahiro Nakamura, Tomohiro Takayama, Yoshinobu Nakamura, Koji Taniguchi, Hidenori Takagi
    • 学会等名
      The 32nd International Conference of Thermoelectrics (ICT2013)
    • 発表場所
      Kobe International Convention Center, Japan
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] MgSrSi-type semiconductors as possible new family of thermoelectric materials2012

    • 著者名/発表者名
      Yukari Katsura, Hidenori Takagi
    • 学会等名
      International Conference of Thermoelectrics (ICT2012)
    • 発表場所
      Aalborg, Denmark
    • 関連する報告書
      2012 実施状況報告書
  • [学会発表] 新規熱電変換材料としてのMgSrSi型化合物の可能性2012

    • 著者名/発表者名
      桂ゆかり, 髙木英典
    • 学会等名
      第九回日本熱電学会学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学(東京)
    • 関連する報告書
      2012 実施状況報告書
  • [学会発表] Possibility of Tin Sulfides as New Class of Thermoelectric Materials2012

    • 著者名/発表者名
      Yukari Katsura, Hidenori Takagi
    • 学会等名
      International Union of Materials Research Societies - International Conference of Electronic Materials 2012 (IUMRS-ICEM2012)
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川)
    • 関連する報告書
      2012 実施状況報告書
  • [学会発表] スズ硫化物における新規熱電変換材料探索2012

    • 著者名/発表者名
      桂ゆかり, 高木英典
    • 学会等名
      第59回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      早稲田大学(東京都)
    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書
  • [学会発表] Search for novel thermoelectric materials in MgSrSi-type compounds2012

    • 著者名/発表者名
      Yukari Katsura
    • 学会等名
      UK-Japan Meeting 2012 in Tokyo "Novel Quantum Matter in Correlated Oxides" "Functional Oxide Materials Discovery Using Extreme Conditions"
    • 発表場所
      東京大学(東京都)
    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書
  • [学会発表] MgSrSi型構造化合物における新規熱電変換材料探索2011

    • 著者名/発表者名
      桂ゆかり, 高木英典
    • 学会等名
      2011年日本物理学会秋季大会
    • 発表場所
      富山大学(富山県)
    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書
  • [学会発表] バンド計算で比較する熱電変換材料~新規材料探索への応用

    • 著者名/発表者名
      桂 ゆかり
    • 学会等名
      日本金属学会研究分科会 第5回熱電変換材料研究会.「熱電変換材料の性能向上には今何が必要なのか?」
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [備考] yukarisearch

    • URL

      https://sites.google.com/site/yukarisearch/home

    • 関連する報告書
      2012 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2011-08-05   更新日: 2019-07-29  

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