微細電子構造に起因する異常電子熱伝導度の制御指針の構築と高性能熱流制御材料の創製

• 研究課題/領域番号: 26289236
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 無機材料・物性
• 研究機関: 豊田工業大学
• 研究代表者: 竹内 恒博 豊田工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00293655)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円); 2016年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2015年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2014年度: 13,650千円 (直接経費: 10,500千円、間接経費: 3,150千円)
• キーワード: 熱ダイオード / 熱スイッチ / 熱電材料 / 電子熱伝導度 / 格子熱伝導度 / 電子構造 / 電子輸送現象 / フォノン / エネルギー選択散乱 / ゼーベック係数 / 熱伝導度 / 電気伝導度 / 液体急冷 / 熱流制御材料 / 複合材料・物性 / 廃熱利用 / 熱整流 / 準結晶 / ビーデマン・フランツ則 / 熱マネージメント

研究成果の概要

フェルミ順位近傍の数百meV程度の領域における電子構造に，特徴的なエネルギー依存性を有する材料を用いることで，一般的な材料では観測されない電子熱伝導度の温度依存性を得た．また，同時に，格子熱伝導度が小さいことを条件として，電子熱伝導度により観測される熱伝導度を制御した．そのような材料群を用いて，試料内を流れるに顕著な方位依存性を有する熱ダイオードの作製に成功した．

研究成果

• [国際共同研究] SRM University(インド)
• [雑誌論文] Enhancement of power factor by energy filtering effect in hierarchical BiSbTe3 nanostructures for thermoelectric applications (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Sabarinathana, M. Omprakash, S. Harish, M. Navaneethan, J. Archana, S. Ponnusamy, H. Ikeda, T. Takeuchi, C. Muthamizhchelvan, and Y. Hayakawa
  • 雑誌名: Applied Surface Science 巻: -- ページ: 246-251
  • DOI: 10.1016/j.apsusc.2016.12.010
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Doping effects of Mg for In on the thermoelectric properties of β-In2S3 bulk samples (2017)
  • 著者名/発表者名: Y.-X. Chen, A. Yamamoto, and T. Takeuchi
  • 雑誌名: Journal of Alloys and Compounds 巻: 695 ページ: 1631-1636
  • DOI: 10.1016/j.jallcom.2016.10.309
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Thermoelectric Properties of p-Type Cr Doped MnSi_γ Prepared by Liquid Quenching Technique (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Ghodke, A. Yamamoto, M. Omprakash, H. Ikuta, and T. Takeuchi
  • 雑誌名: MATERIALS TRANSACTIONS 巻: 58 号: 2 ページ: 160-163
  • DOI: 10.2320/matertrans.M2016246
  • NAID: 130005297138
  • ISSN: 1345-9678, 1347-5320
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The Potential of FeVSb Half-Heusler Phase for Practical Thermoelectric Material (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Yamamoto and T. Takeuchi
  • 雑誌名: Journal of Electronic Materials 巻: 46 号: 5 ページ: 3200-3206
  • DOI: 10.1007/s11664-016-4804-y
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Thickness dependence of thermal conductivity and electron transport properties of Fe2VAl thin-films prepared by RF sputtering technique (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Hiroi, M. Mikami, K. Kitahara, and T. Takeuchi
  • 雑誌名: International Journal of Nanotechnology 巻: 13 号: 10/11/12 ページ: 881-890
  • DOI: 10.1504/ijnt.2016.080367
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Thermoelectric Properties of Fe₂VAl-Based Thin-Films Deposited at High Temperature (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Hiroi, M. Mikami and T. Takeuchi
  • 雑誌名: MATERIALS TRANSACTIONS 巻: 57 号: 9 ページ: 1628-1632
  • DOI: 10.2320/matertrans.E-M2016824
  • NAID: 130005252609
  • ISSN: 1345-9678, 1347-5320
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The Potential of Maximal ZT-Value for Thermoelectric Materials of Mn11Si19 HMS Phase by Calculating Electronic Structure (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Yamamoto, K. Kitahara, H. Miyazaki, M. Inukai, and T. Takeuchi
  • 雑誌名: Ceramics for Energy Conversion, Storage, and Distribution Systems: Ceramics Transactions 巻: 255 ページ: 147-156
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Thermoelectric Properties Higher Manganese Silicide Containing Small Amount of MnSi/Si NanoParticles (2016)
  • 著者名/発表者名: Swapnil Ghodke, A. Yamamoto, H. Ikuta, T. Takeuchi
  • 雑誌名: Ceramics for Energy Conversion, Storage, and Distribution Systems: Ceramics Transactions 巻: 255 ページ: 115-122
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Thermoelectric Properties of Al-Mn-Si Based C54 Phase Containing Small Amount of C40 Phase (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Yamamoto, S. Ghodke, H. Miyazaki, Y. Nishino, M. Matsunami and T. Takeuchi
  • 雑誌名: MATERIALS TRANSACTIONS 巻: 57 号: 7 ページ: 1055-1058
  • DOI: 10.2320/matertrans.MF201613
  • NAID: 130005158381
  • ISSN: 1345-9678, 1347-5320
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Enhanced thermoelectric properties of W and Fe substituted MnSiγ (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Ghodke, N. Hiroishi, A. Yamamoto, H. Ikuta, M. Matsunami, and T. Takeuchi
  • 雑誌名: Journal of Electronic Materials 巻: 45 号: 10 ページ: 5279-5284
  • DOI: 10.1007/s11664-016-4688-x
  • NAID: 120005866817
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Thermal Conductivity Measurement of Liquid-Quenched Higher Manganese Silicides (2016)
  • 著者名/発表者名: Shunsuke Nishino, Masanobu Miyata, Keisuke Ohdaira, Mikio Koyano, Tsunehiro Takeuchi
  • 雑誌名: Journal of Electronic Materials 巻: 45 号: 3 ページ: 1821-1826
  • DOI: 10.1007/s11664-015-4236-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermoelectric properties of metastable MnSiγ containing small amount of W (2016)
  • 著者名/発表者名: Swapnil Ghodke, A. Yamamoto, H. Ikuta, T. Takeuchi
  • 雑誌名: Journal of Electronic Materials 巻: 未定
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 準結晶の異常電子熱伝導度が生み出す巨大な熱整流効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 竹内恒博
  • 雑誌名: 固体物理 巻: 50 ページ: 33-41
• [雑誌論文] Thermal rectification in bulk material through unusually increased electron thermal conductivity of Al-Cu-Fe icosahedral quasicrystal (2014)
  • 著者名/発表者名: Ryu-suke Nakayama, Tsunehiro Takeuchi
  • 雑誌名: Journal of Electronic Materials 巻: 43 号: 1 ページ: 356-361
  • DOI: 10.1007/s11664-014-3204-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Very large thermal rectification in bulk composites consisting partly of icosahedral quasicrystals (2014)
  • 著者名/発表者名: Tsunehiro Takeuchi
  • 雑誌名: Science and Technology of Advanced Materials 巻: 15 号: 6 ページ: 0648011-8
  • DOI: 10.1088/1468-6996/15/6/064801
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Thermoelectric properties of half-Heusler FeV1-xTixSb (2017)
  • 著者名/発表者名: Kevin Delime-Codrin, A. Yamamoto, T. Yamada and T. Takeuchi
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2017-03-15
• [学会発表] 微細電子構造とフォノンの散乱機構を考慮した環境調和型熱電材料の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 竹内恒博
  • 学会等名: 平成28年度液体・非晶質研究会
  • 発表場所: エッサム神田ホール 401 会議室，（東京都千代田区）
  • 年月日: 2017-03-13
  • 招待講演
• [学会発表] 異常電子熱伝導度と異常格子熱伝導度を利用した革新的熱利用材料 (2016)
  • 著者名/発表者名: 竹内恒博
  • 学会等名: 日本伝熱学会東海支部主催第27回東海伝熱セミナー『エネルギー有効利用のための熱工学的アプローチ』
  • 発表場所: 鳥羽シーサイドホテル（三重県鳥羽市）
  • 年月日: 2016-09-16
  • 招待講演
• [学会発表] ZT>2を実現する条件と新しい熱電材料の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 竹内恒博
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ，新潟コンベンションセンター（新潟県新潟市）
  • 年月日: 2016-09-16
  • 招待講演
• [学会発表] 周期加熱法を用いたMnSiγリボン状試料の熱伝導度測定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 西野俊佑，Swapnil Ghodke，山本 晃生，竹内恒博
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ，新潟コンベンションセンター（新潟県新潟市）
  • 年月日: 2016-09-15
• [学会発表] 電子構造から予測したFeVSb half-Heusler の熱電物性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山本晃生，山田竜也，竹内恒博
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ，新潟コンベンションセンター（新潟県新潟市）
  • 年月日: 2016-09-15
• [学会発表] Thermoelectric properties of lacunar spinel β-In2-2xCuxZnxS3 (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Delime-Codrin, T. Takeuchi
  • 学会等名: 第13回日本熱電学会学術講演会
  • 発表場所: 東京理科大学 葛飾キャンパス（東京都葛飾区）
  • 年月日: 2016-09-06
• [学会発表] Nanostructured super-saturated solid solution of transition metal (Cr/Fe/W/Re) substituted higher manganese silicide (2016)
  • 著者名/発表者名: Swapnil Ghodke, A. Yamamoto, H. Ikuta, T. Takeuchi
  • 学会等名: 第13回日本熱電学会学術講演会
  • 発表場所: 東京理科大学 葛飾キャンパス（東京都葛飾区）
  • 年月日: 2016-09-06
• [学会発表] Mnを(Ta,W,Re)で部分置換したHMS相に対してAgを少量添加したバルク体の熱電物性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山本晃生，竹内恒博
  • 学会等名: 第13回日本熱電学会学術講演会
  • 発表場所: 東京理科大学 葛飾キャンパス（東京都葛飾区）
  • 年月日: 2016-09-05
• [学会発表] Development of high performance thermoelectric materials consisting solely of environmental friendly elements (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Yamamoto and T. Takeuchi
  • 学会等名: BIT's 5th Annual World Congress of Advenced Materials-2016
  • 発表場所: Chongqing, China
  • 年月日: 2016-06-08
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Enhancement of power factor by energy filtering effect in Re substituted HMS (2016)
  • 著者名/発表者名: Swapnil Ghodke, A. Yamamoto, H. Ikuta, and T. Takeuchi
  • 学会等名: The 35th International Conference on Thermoelectrics & The 1st Asian Conference on Thermoelectrics
  • 発表場所: Wuhan, China
  • 年月日: 2016-06-02
  • 国際学会
• [学会発表] Thermoelectric properties of lacunar spinel β-In2-2xCuxZnxS3 (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Delime-Codrin, A. Yamamoto, K. Kitahara, S. Hiroi, and T. Takeuchi
  • 学会等名: The 35th International Conference on Thermoelectrics & The 1st Asian Conference on Thermoelectrics
  • 発表場所: Wuhan, China
  • 年月日: 2016-05-31
  • 国際学会
• [学会発表] Thermoelectric performance of higher manganese silicide containing a small amount of 5d transition metal elements (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Yamamoto, S. Ghodke, M. Matsunami, and T. Takeuchi
  • 学会等名: The 35th International Conference on Thermoelectrics & The 1st Asian Conference on Thermoelectrics
  • 発表場所: Wuhan, China
  • 年月日: 2016-05-31
  • 国際学会
• [学会発表] Thermoelectric properties of full-Heusler Fe2VAl-based thin-films (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Hiroi and T. Takeuchi
  • 学会等名: The 35th International Conference on Thermoelectrics & The 1st Asian Conference on Thermoelectrics
  • 発表場所: Wuhan, China
  • 年月日: 2016-05-30
  • 国際学会
• [学会発表] 熱伝導度に異常な温度依存性を示す材料を利用した熱ダイオードの開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 竹内恒博
  • 学会等名: 第６３回応用物理学会春季学術講演会 特別シンポジウム『フォノンエンジニアリングの広がり』
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス（東京都目黒区）
  • 年月日: 2016-03-17
  • 招待講演
• [学会発表] Development of Bulk Thermal Rectifiers using Al-Cu-Fe Quasicrystals (2016)
  • 著者名/発表者名: Kohichi Kithara（竹内の代理）, Tsunehiro Takeuchi
  • 学会等名: The EMN Thermoelectric Materials Meeting 2016
  • 発表場所: Radisson Resort Orlando-Celebration, Orland, USA
  • 年月日: 2016-02-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Unusual behaviors of thermal conductivity observed for icosahedral quasicrystals and approximants (2015)
  • 著者名/発表者名: Tsunehiro Takeuchi
  • 学会等名: Toyota RIKEN International Workshop on Strongly Correlated Electron Systems: Open Space between Heavy Fermions and Quasi-crystals
  • 発表場所: Nagoya University, Nagoya, Japan
  • 年月日: 2015-11-17
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ag2Ch (Ch = Te, Se, S)で観測される異常熱伝導度とそれを利用した固体熱流制御材料の創製 (2015)
  • 著者名/発表者名: 竹内恒博
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2015-09-14
  • 招待講演
• [学会発表] Al-Cu-Fe準結晶の熱整流特性に対する重元素置換効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 北原功一, 竹内恒博, 石切山守, 木下洋平, 大橋良央, 吉永泰三, 山口剛生
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2015-09-14
• [学会発表] Ag2Ch (Ch = S, Se, Te) の異常な熱伝導度とそれを利用した熱整流材料 の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 長崎 隼也, 竹内 恒博, 石切山 守, 木 下 洋平, 大橋 良央, 吉永 泰三, 山口 剛生
  • 学会等名: 第76会応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] 室温以上で動作する固体熱整流材料の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 竹内恒博
  • 学会等名: 第52回日本伝熱シンポジウム
  • 発表場所: 福岡国際会議場
  • 年月日: 2015-06-03 – 2015-06-05
  • 招待講演
• [学会発表] 室温以上で動作する固体熱整流材料の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 竹内恒博
  • 学会等名: 第52回 日本伝熱シンポジウム
  • 発表場所: 福岡国際会議場（福岡県福岡市）
  • 年月日: 2015-06-03
  • 招待講演
• [学会発表] Development of thermal rectifier using unusual electron thermal conductivity of icosahedral quasicrystals (2015)
  • 著者名/発表者名: Tsunehiro Takeuchi
  • 学会等名: APS March Meeting
  • 発表場所: San Antonio, TX, USA
  • 年月日: 2015-03-01 – 2015-03-06
  • 招待講演
• [学会発表] 高性能熱電材料の開発における粉末冶金の重要性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 竹内恒博
  • 学会等名: 粉体粉末冶金協会平成26年度秋季大
  • 発表場所: 大阪大学吹田キャンパス
  • 年月日: 2014-10-29 – 2014-10-30
  • 招待講演
• [学会発表] Al基準結晶を利用した熱ダイオードの開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 竹内恒博
  • 学会等名: 豊田理化学研究所・特定課題研究「巨大負熱膨張材料を用いた革新的熱膨張制御技術の開発」研究会
  • 発表場所: 名古屋大学東山キャンパス
  • 年月日: 2014-10-17
  • 招待講演
• [産業財産権] 断熱材料及びその製造方法 (2015)
  • 発明者名: 吉永泰三，前川諒介，木下洋平，山口剛生，山下英男，竹内恒博
  • 権利者名: 吉永泰三，前川諒介，木下洋平，山口剛生，山下英男，竹内恒博
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2015-12-16