高効率エネルギー変換用熱電酸化物のナノ構造薄膜

• 研究課題/領域番号: 26390103
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用物理学一般
• 研究機関: 室蘭工業大学 (2015-2016); 広島大学 (2014)
• 研究代表者: Mele Paolo (MELE Paolo) 室蘭工業大学, 工学研究科, 准教授 (70608504)
• 研究分担者: 宮崎 康次 九州工業大学, 大学院工学研究院, 教授 (70315159)
• 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: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2016年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2015年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2014年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: 熱電材料 / 酸化物 / 薄膜 / ナノ粒子 / 熱伝導率 / 熱電薄膜モジュール

研究成果の概要

酸化物薄膜の熱電材料（TE）効率を調査したところ、非常に有望な結果が得られた。例えば、PLD法により加工されるn型Al-ドープZnO（AZO）薄膜は、300Kにおいてk=4.89W/m×K（バルクAZOの1/7、600KにおいてZT=0.045（バルクAZOに対して3倍大きい）であった。それから、Al2O3、STO結晶基板及びシリカグラスの上にPLDを用いて熱電薄膜モジュールを作製した。熱電薄膜モジュールはn型（AZO）の5脚及びp型（Ca3Co4O9）の5脚から構戊された。 温度差230度（高温は300度）において、Al2O3単結晶基板上に最大出力電力（Pmax）＝29.9pWを得られた。

研究成果

• [雑誌論文] Polymer nano-composite films with inorganic upconversion phosphor and electro-optic additives made by concurrent triple-beam matrix assisted and direct pulsed laser deposition (2017)
  • 著者名/発表者名: Abdalla M. Darwish, Shaelynn Moore, Aziz Mohammad, Deonte’ Alexander Tyler Bastian, Wydglif Dorlus’ Sergey S. Sarkisov, Darayas N. Patel, Paolo Mele, Brent Koplitz、David Hui
  • 雑誌名: Composites B 巻: 109 ページ: 82-88
  • DOI: 10.1016/j.compositesb.2016.10.053
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Thermoelectric and Structural Characterization of Al-Doped ZnO/Y2O3 Multilayers (2017)
  • 著者名/発表者名: P. Mele, S. Saini, A. Tiwari, P. E. Hopkins, K. Miyazaki, A. Ichinose, J. Niemela, and M. Karppinen
  • 雑誌名: J. Nanosci. Nanotech 巻: 17 ページ: 1616-1620
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Nanostructured Oxide Thin Films for Sustainable Development (2017)
  • 著者名/発表者名: Paolo Mele, Shiv J Singh, Shrikant Saini, Alok K Jha, Malik I Adam
  • 雑誌名: Procedia Engineering 巻: 171 ページ: 201-206
  • DOI: 10.1016/j.proeng.2017.01.327
  • NAID: 120006705771
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Organic-inorganic nano-composite films for photonic applications made by multi-beam multi-target pulsed laser deposition with remote control of the plume directions (2016)
  • 著者名/発表者名: Abdalla M. Darwish, Shaelynn Moore, Aziz Mohammad, Deonte’ Alexander Tyler Bastian, Wydglif Dorlus’ Sergey S. Sarkisov, Darayas N. Patel, Paolo Mele, Brent Koplitz
  • 雑誌名: Proc. SPIE 9958 巻: 9958 ページ: 995802-995802
  • DOI: 10.1117/12.2237538
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effect of self-grown seed layer on thermoelectric properties of ZnO thin films (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Saini, P. Mele, H. Honda, T. Suzuki, K. Matsumoto, K. Miyazaki, A. Ichinose, L. Molina Luna, R. Carlini, A. Tiwari
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 605 ページ: 289-294
  • DOI: 10.1016/j.tsf.2015.09.060
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] On-chip thermoelectric module comprised of oxide thin film legs (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Saini, P. Mele, K. Miyazaki, A. Tiwari
  • 雑誌名: Energy Conversion and Management 巻: 114 ページ: 251-257
  • DOI: 10.1016/j.enconman.2016.02.001
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Polymer-inorganic nanocomposite thin film emitters, optoelectronic chemical sensors, and energy harvesters produced by multiple-beam pulsed laser deposition (2015)
  • 著者名/発表者名: Abdalla M Darwish, Simeon Wilson, Ashley Blackwell, Keylantra Taylor, Sergey Sarkisov, Darayas Patel, Paolo Mele, Michael W Johnson, Xiaodong Zhang, Brent Koplitz
  • 雑誌名: Proc. SPIE 9586, Photonic Fiber and Crystal Devices: Advances in Materials and Innovations in Device Applications IX 巻: 9586 ページ: 1-5
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Nanostructured Thin Films of Thermoelectric Oxides (2015)
  • 著者名/発表者名: P. Mele
  • 雑誌名: Chapter 8 in "Oxide Thin Films, Multilayers and Nanocomposite", Springer 巻: chapter 8 ページ: 123-155
  • DOI: 10.1007/978-3-319-14478-8_8
  • ISBN: 9783319144771, 9783319144788
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Thermoelectric properties of Al-doped ZnO thin films (2014)
  • 著者名/発表者名: S.Saini, P. Mele, H. Honda, K.Matsumoto, K. Miyazaki, A. Ichinose
  • 雑誌名: Journal of Electronic Materials 巻: 43 号: 6 ページ: 2145-2150
  • DOI: 10.1007/s11664-014-2992-x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced thermoelectric performance of Al-doped ZnO thin films on amorphous substrate (2014)
  • 著者名/発表者名: Saini, S., Mele, P., Honda, H., Henry, D. J., Hopkins, P. E., Molina-Luna, L., Matsumoto, K., Miyazaki, K., & Ichinose
  • 雑誌名: Japan. J. Appl. Phys. 巻: 53 号: 6 ページ: 0603061-4
  • DOI: 10.7567/jjap.53.060306
  • NAID: 210000144001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of post-deposition cooling atmosphere on thermoelectric properties of 2% Al doped ZnO thin films grown by pulsed laser deposition (2014)
  • 著者名/発表者名: Saini S., Mele P., Honda H., Matsumoto K., Miyazaki K., Molina-Luna L., & Hopkins P.
  • 雑誌名: Journal of Electronic Materials 巻: 44 号: 6 ページ: 6-6
  • DOI: 10.1007/s11664-014-3471-0
  • 査読あり
• [学会発表] Nanostructured thin films of superconducting and thermoelectric oxides for sustainable development (2016)
  • 著者名/発表者名: Paolo Mele
  • 学会等名: Symposium on Materials for Energy and Environment Sustainability
  • 発表場所: Shibaura IT, Tokyo, Japan
  • 年月日: 2016-12-16
  • 招待講演
• [学会発表] Superconducting and thermoelectric oxide thin films for sustainable development (2016)
  • 著者名/発表者名: Paolo Mele
  • 学会等名: Invited talk at LANL, USA
  • 発表場所: LANL, Los Alamos, NM, USA
  • 年月日: 2016-10-20
  • 招待講演
• [学会発表] Nanostructured oxide thin films for sustainable development (2016)
  • 著者名/発表者名: Paolo Mele
  • 学会等名: Invited talk at University of Utah, USA
  • 発表場所: University of Utah, Salt Lake City, Utah, USA
  • 年月日: 2016-10-11
  • 招待講演
• [学会発表] Nanostructured zinc oxide thin films for thermoelectric applications (2016)
  • 著者名/発表者名: Paolo Mele, Shiv J. Singh, Shrikant Saini, Ashutosh Tiwari, Abdalla Darwish, Malik I. Adam
  • 学会等名: JSAP fall 2016
  • 発表場所: International conference center, Niigata, Japan
  • 年月日: 2016-09-13
  • 国際学会
• [学会発表] Nanostructured oxide thin films for sustainable development (2016)
  • 著者名/発表者名: Paolo Mele
  • 学会等名: keynote, ICCE-24
  • 発表場所: New Yantai Hotel, Haikou, Hainan, China
  • 年月日: 2016-07-17
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Nanostructured oxide thin films for sustainable development (2016)
  • 著者名/発表者名: Paolo Mele
  • 学会等名: invited talk at Javaharhal Nehru University, New Delhi，India
  • 発表場所: Javaharhal Nehru University，New Delhi，India
  • 年月日: 2016-07-12
  • 招待講演
• [学会発表] Nanoengineered thin films of zinc oxide for thermoelectric energy harvesting (2016)
  • 著者名/発表者名: P. Mele, S. Saini, K. Miyazaki, A. Ichinose, P. E. Hopkins, L. Molina-Luna, J. Shiomi, C. Li, T. Kawaharamura, M. Karppinen, J-P. Niemelä
  • 学会等名: GiTe2016 “Giornate sulla termoelettricita`” (annual meeting of AIT- Italian Thermoelectric Association)
  • 発表場所: Pisa University, Pisa, Italy
  • 年月日: 2016-02-24
• [学会発表] Nanostructured oxide thin films for sustainable development (2016)
  • 著者名/発表者名: Paolo Mele
  • 学会等名: Invited lecture at Politecnico of Torino
  • 発表場所: Polytechnic University of Torino, Torino, Italy
  • 年月日: 2016-02-22
  • 招待講演
• [学会発表] Superconducting and thermoelectric oxide thin films for sustainable development (2015)
  • 著者名/発表者名: Paolo Mele
  • 学会等名: Invited lecture at Dongguk University
  • 発表場所: Dongguk University, Seul, Korea
  • 年月日: 2015-11-20
  • 招待講演
• [学会発表] Nanostructured oxide thin films for sustainable development: superconductors and thermoelectrics (2015)
  • 著者名/発表者名: P. Mele, S. Saini, X. Obradors, H. Honda, K. Matsumoto, K. Miyazaki, A. Ichinose, L. Molina-Luna, P.E. Hopkins, M. I. Adam, J. Shiomi, C. Li, T. Kawaharamura
  • 学会等名: IUMRS-ICAM 2015
  • 発表場所: Jeju International Convention Center, Jeju island, Korea
  • 年月日: 2015-10-26
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Fabrication and testing of compact thermoelectric module based on ZnO and Ca3Co4O9 thin films (2015)
  • 著者名/発表者名: Paolo Mele, Shrikant Saini, Hiroaki Honda, Takashi Suzuki, Kaname Matsumoto, Koji Miyazaki
  • 学会等名: JSAP Fall 2015
  • 発表場所: Nagoya Congress Center, Nagoya, Japan
  • 年月日: 2015-09-14
  • 国際学会
• [学会発表] Superconducting And Thermoelectric Oxide Thin Films For Sustainable Development (2015)
  • 著者名/発表者名: Paolo Mele, S. Saini, A. Kamegawa, Y. Mawatari, X. Obradors, H. Honda, T. Suzuki, K.Matsumoto, K. Miyazaki, A. Ichinose, L. Molina Luna, P.E. Hopkins, M. I. Adam
  • 学会等名: ICCE-24
  • 発表場所: California Garden Hotel, Chengdu, China
  • 年月日: 2015-07-12
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Correlation between strain energy and thermoelectric performance of Al-doped ZnO thin films deposited on different substrates (2015)
  • 著者名/発表者名: Paolo Mele, Shrikant Saini, Hiroaki Honda, Takashi Suzuki, Koji Miyazaki, Kaname Matsumoto, Ataru Ichinose, Leopoldo Molina-Luna, Patrick E. Hopkins
  • 学会等名: MRS Spring Meeting 2015
  • 発表場所: Moscone Congress Center, San Francisco, USA
  • 年月日: 2015-04-06
  • 国際学会
• [学会発表] Epitaxial thin films of ZnAlO for thermoelectric applications (2015)
  • 著者名/発表者名: P. Mele
  • 学会等名: SPARCA 2015
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
  • 年月日: 2015-02-08 – 2015-02-11
  • 招待講演
• [学会発表] AlドープZnO薄膜の熱電特性に及ぼす基板の影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 本田裕明，S.Saini，P. Mele
  • 学会等名: TSJ 2014
  • 発表場所: Tsukuba
  • 年月日: 2014-09-29 – 2014-09-30
• [学会発表] Inorganic-organic Composite for a Flexible Thermoelectric Device (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Miyazaki
  • 学会等名: 7th Taiwan-Japan Workshop on Mechanical and Aerospace Engineering
  • 発表場所: Taiwan National University, Taipei, Taiwan
  • 年月日: 2014-09-12 – 2014-09-15
  • 招待講演
• [学会発表] Thin films and multilayers of zinc oxide for thermoelectric applications (2014)
  • 著者名/発表者名: . Mele, S.Saini, H. Honda, K. Matsumoto, K. Miyazaki, H. Hagino, A. Ichinose, L. Molina, P. E. Hopkins, J. E. Ihlefeld
  • 学会等名: IUMRS-ICA 2014
  • 発表場所: Fukuoka
  • 年月日: 2014-08-24 – 2014-08-30
  • 招待講演
• [学会発表] Thermoelectric properties of ZnO thin films deposited on amorphous substrates (2014)
  • 著者名/発表者名: P. Mele, S. Saini, H. Honda, K. Matsumoto, K. Miyazaki, H. Hagino, A. Ichinose
  • 学会等名: IUMRS-ICEM 2014
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
  • 年月日: 2014-06-10 – 2014-06-14
  • 招待講演
• [学会発表] Effect of deposition temperature on thermoelectric performance of Al-doped ZnO thin films (2014)
  • 著者名/発表者名: S.Saini, P. Mele, H. Honda, K. Matsumoto, K. Miyazaki, H. Hagino, A. Ichinose, L. Molina, P. E. Hopkins, J. E. Ihlefeld
  • 学会等名: IUMRS-ICEM 2014
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
  • 年月日: 2014-06-10 – 2014-06-14
• [図書] Correlated Functional Oxides - Nanocomposites and Heterostructures (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Nishikawa, N. Iwata, T. Endo, Y. Takamura, G. H. Lee, P. Mele (editors)
  • 総ページ数: 232
  • 出版者: Springer Nature
• [図書] Oxide Thin Films, Multilayers and Nanocomposites (2015)
  • 著者名/発表者名: P. Mele, C. Li, S. Arisawa, T. Tsuchiya, T. Endo （Editors）
  • 総ページ数: 316
  • 出版者: Springer
• [備考] Paolo Mele research web site
  • URL: http://www3.muroran-it.ac.jp/oxides/
• [備考] Paolo Mele istitutional web site
  • URL: http://rdsoran.muroran-it.ac.jp/html/100000038_en.html?k=Mele
• [備考] Paolo Mele google scholar profile
  • URL: http://scholar.google.it/citations?user=qWiNmvMAAAAJ
• [備考] Paolo Mele Laboratory
  • URL: http://www.hiroshima-u.ac.jp/pmele/index.html
• [備考] Institute for Sustainable Research and Development
  • URL: http://www.hiroshima-u.ac.jp/rcsd/
• [産業財産権] Nano-composite thermo-electric energy converter and fabrication method thereof (2014)
  • 発明者名: A. Darwish, P. Mele, S. Sarkisov
  • 権利者名: A. Darwish, P. Mele, S. Sarkisov
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2014-09-14
  • 取得年月日: 2016-02-25
  • 外国