| 研究課題/領域番号 |
24K01146
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26010:金属材料物性関連
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| 研究機関 | 名古屋工業大学 |
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研究代表者 |
宮崎 秀俊 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10548960)
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| 研究分担者 |
三上 祐史 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (10415747)
田村 友幸 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90415711)
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| 研究期間 (年度) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円)
2026年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2025年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2024年度: 10,400千円 (直接経費: 8,000千円、間接経費: 2,400千円)
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| キーワード | ホイスラー化合物 / 熱電変換材料 / 機械的強度 / 機械学習 / ボンド性擬ギャップ / マテリアルインフォマティクス |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、従来の熱電変換材料では到達しえなかった前人未到の高強度・高性能熱電変換材料の創成と熱電発電モジュールの実現に挑戦する。① マテリアルインフォマティクス(MI)による高強度・高性能擬ギャップ物質の探索、② 量子ビームによる機能性の解明、③ 新規物質を用いたモジュールの実現、を3名の研究者による異分野融合型のチームで実施することにより、ボンド性擬ギャップ構造と機能性との関係を明らかにし“ボンド性擬ギャップ科学”という新しい学術分野を構築する。
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| 研究実績の概要 |
今年度は以下の研究を実施した。新規ホイスラー化合物の候補材料の探索として、形成エネルギーや生成エネルギーなどの熱力学的パラメータや機械的強度に関する第一原理計算ベースのデータベースを構築した。また、合成が報告されているホイスラー化合物の文献を整理し、機械学習を活用して合成条件を評価した。その結果、高い熱電変換特性を有する合成候補材料を特定した。今後は、これらの候補材料の実際の合成と物性評価を進める予定である。
非平衡な相における材料合成法の開発に焦点を当て、独自に開発した粉末冶金技術を用いてハーフホイスラー型のp型(Ti1-xHfx)Ni0.8Co0.2Sn合金を合成した。放射光回析測定により、全ての組成範囲で単相であることを確認した。特にmiscibility gap領域において観測されたゼーベック係数の増大効果について、空孔サイトのNi占有率の低減による電子ドープ効果の抑制が熱電性能を向上させたことを示唆する結果を得ており、x=0.5において高いZT=0.26を達成した。今後は長時間安定性評価も行い、応用展開の可能性を検討する。
ホイスラー化合物における機械的強度の予測精度向上のために、第一原理計算の計算方法を精査した。Fe2VAlホイスラー化合物について、通常の第一原理計算から得られるセル応力に基づく体積弾性率を計算し、Feがセル全体の体積弾性率に与える影響を明らかにした。さらに、局所応力計算を用いて各原子の局所体積弾性率を評価し、置換効果を理解するための新たな手法を提案し、今後、高精度に置換系における機械的強度を評価することが可能になった。これにより、熱電性能と機械的特性の両立を目指した材料設計への応用が期待される。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
2: おおむね順調に進展している
理由
現在までの研究は順調に進展している。計画的な研究スケジュールと実験計画に基づき、段階的かつ着実に目標達成に向けた取り組みを進めている。研究には大学院生も積極的に参画しており、各自の役割分担のもとで合成実験や物性評価、第一原理計算などを担当し、実践的な研究活動を通じて成果の蓄積に貢献している。また、定期的な研究ミーティングを実施し、進捗状況や課題の共有、技術的な検討を行うことで、研究チーム内の連携を強化している。さらに、外部の共同研究者とも随時連絡を取り合い、得られたデータの解釈や手法の妥当性について意見交換を行っており、これらの取り組みが研究の円滑な進行に寄与している。
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度は提案された新規ホイスラー化合物の合成条件を探索し、新しい試料の合成を進める。さらに、合成された材料の熱電特性を評価し、その機能性を放射光を用いて精密に電子・結晶構造で解析する。また、性能向上のためのドーピング元素の選定も進め、提案された局所体積弾性率の評価法を活用して特に高強度材料の探索に取り組む。
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