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シリサイドおよびナノ物質を用いた高効率排熱発電材料の理論解析とモデリング

研究課題

研究課題/領域番号 26820099
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 電力工学・電力変換・電気機器
研究機関首都大学東京 (2016)
東京理科大学 (2014-2015)

研究代表者

平山 尚美  首都大学東京, 理工学研究科, 特任助教 (70581750)

連携研究者 飯田 努  東京理科大学, 基礎工学部, 教授 (20297625)
西尾 圭史  東京理科大学, 基礎工学部, 教授 (90307710)
舩島 洋紀  神戸大学, 理学研究科, 講師 (60434049)
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 *注記
3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2016年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2015年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2014年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワード物性理論 / 半導体物性 / 再生可能エネルギー / 熱電物質 / マグネシウムシリサイド / 不純物添加 / 第一原理計算 / 熱電効果 / 不純物ドープ効果 / 格子定数 / 不純物サイト / 擬ポテンシャル法 / FLAPW法 / KKRグリーン関数法
研究成果の概要

理論的・計算科学的な手法から,環境低負荷な熱電半導体であるMg2Siにおける「高い熱電性能を引き出すキャリアチューニング」と「高温で安定なP型伝導性」の実現にむけて,理論予測を行った.主な成果として、Mg2Siの電子状態解析に向けた理論解析の枠組みの検討(複数の計算手法による電子状態の比較)、Mg2Siの高性能化、とくに熱起電力の向上にむけた電子密度の最適化、安定なP型伝導性を実現する不純物ドーパントの探索と新しいタイプのドーパントの提案、系の輸送特性に対する格子欠陥の影響調査といったテーマに取り組み、実験的手法から得ることが難しい電子状態やキャリアの輸送特性について新たな知見を得た。

報告書

(4件)
  • 2016 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2015 実施状況報告書
  • 2014 実施状況報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2017 2016 2015 2014

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 1件、 査読あり 7件、 謝辞記載あり 4件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Influence of native defects on structural and electronic properties of magnesium silicide2017

    • 著者名/発表者名
      N. Hirayama, I. Tsutomu, K. Nishio, Y. Kogo, K. Takarabe, and N. Hamada
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 56

    • NAID

      210000147765

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Analysis of energy states where electrons and holes coexist in pseudomorphically strained InAs-HEMTs2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Nishio, T. Sato, N. Hirayama, T. Iida, and Y. Takanashi
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 55 号: 4S ページ: 04EG08-04EG08

    • DOI

      10.7567/jjap.55.04eg08

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analysis of energy states of two-dimensional electron gas in pseudomorphically strained InSb high-electron-mobility transistors taking into account the nonparabolicity of the conduction band2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Nishio, T. Sato, N. Hirayama, T. Iida, and Y. Takanashi
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 55 号: 8 ページ: 084301-084301

    • DOI

      10.7567/jjap.55.084301

    • NAID

      210000146940

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] マグネシウムシリサイド系熱電材料の実用化に向けた製造プロセス2016

    • 著者名/発表者名
      飯田努、平山尚美
    • 雑誌名

      まてりあ

      巻: 55 号: 7 ページ: 302-306

    • DOI

      10.2320/materia.55.302

    • NAID

      130005159318

    • ISSN
      1340-2625, 1884-5843
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] First-principles investigation of structural, electronic, and thermoelectric properties of n- and p-type Mg2Si2015

    • 著者名/発表者名
      Naomi Hirayama, Tsutomu Iida, Shunsuke Morioka, Mariko Sakamoto, Keishi Nishio, Yasuo Kogo, Yoshifumi Takanashi, and Noriaki Hamada
    • 雑誌名

      Journal of Materials Research

      巻: 30 号: 17 ページ: 2564-2577

    • DOI

      10.1557/jmr.2015.206

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Theoretical analysis of structure and formation energy of impurity-doped Mg2Si: Comparison of first-principles codes for material properties2015

    • 著者名/発表者名
      Naomi Hirayama, Tsutomu Iida, Shunsuke Morioka, Mariko Sakamoto, Keishi Nishio, Yasuo Kogo, Yoshifumi Takanashi, and Noriaki Hamada
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 54 号: 7S2 ページ: 07JC05-07JC05

    • DOI

      10.7567/jjap.54.07jc05

    • NAID

      210000145478

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] First-Principles Study on Structural and Thermoelectric Properties of Al- and Sb-Doped Mg2Si2015

    • 著者名/発表者名
      Naomi Hirayama, Tsutomu Iida, Hiroki Funashima, Shunsuke Morioka, Mariko Sakamoto, Keishi Nishio, Yasuo Kogo, Yoshifumi Takanashi, Noriaki Hamada
    • 雑誌名

      Journal of Electronic Materials

      巻: 44 号: 6 ページ: 1656-1662

    • DOI

      10.1007/s11664-014-3508-4

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Electronic and thermoelectric properties of impurity doped Mg2Si incorporating Mg-related defects2016

    • 著者名/発表者名
      Naomi Hirayama
    • 学会等名
      14th European Conference on Thermoelectrics (ECT2016)
    • 発表場所
      the Congress Center of IST(ポルトガル)
    • 年月日
      2016-09-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 第一原理計算手法による熱電材料開発2016

    • 著者名/発表者名
      平山尚美
    • 学会等名
      第28回シリサイド系半導体研究会
    • 発表場所
      新潟駅前カルチャーセンター 4階401号室
    • 年月日
      2016-09-16
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Influence of Mg-related defects on structural and electronic properties of Mg2Si2016

    • 著者名/発表者名
      Naomi Hirayama
    • 学会等名
      Asia-Pacific Conference on Semiconducting Silicides and Related Materials
    • 発表場所
      Nishijin Plaza, Kyushu University(九州)
    • 年月日
      2016-07-16
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] n型およびp型不純物添加Mg2Siの構造安定性と熱電輸送特性の理論研究2015

    • 著者名/発表者名
      平山尚美
    • 学会等名
      第十二回日本熱電学会学術講演会
    • 発表場所
      九州大学
    • 年月日
      2015-09-08
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] Theoretical investigation of structural, electronic, and thermoelectric properties of p‐type impurity‐doped Mg2Si2015

    • 著者名/発表者名
      Naomi Hirayama
    • 学会等名
      34th Annual International Conference on Thermoelectrics / 13th European Conference on Thermoelectrics,
    • 発表場所
      Dresden Germany
    • 年月日
      2015-06-29
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Structural and Thermoelectric Properties of Al-, Sb-, and Zn-doped Mg2Si: First-principles Calculation and Rietveld Analysis2014

    • 著者名/発表者名
      Shunsuke Morioka
    • 学会等名
      2014 MRS Fall Meeting & Exhibit, Material Research Society
    • 発表場所
      Boston, USA
    • 年月日
      2014-12-04
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] First-principles study on Seebeck and Hall Effects in Impurity-doped Mg2Si2014

    • 著者名/発表者名
      Naomi Hirayama
    • 学会等名
      12th European Conference on Thermoelectricity (ECT2014)
    • 発表場所
      Madrid, Spain
    • 年月日
      2014-09-24
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] First-principles study on stability of p-type impurity-doped Mg2Si consisting of Mg defect2014

    • 著者名/発表者名
      Mariko Sakamoto
    • 学会等名
      International conference and summer school on advanced silicide technology 2014 (ICSS-Silicide 2014)
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      2014-07-20
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] Theoretical analysis of the structure and formation energy of impurity-doped Mg2Si: Comparison of first-principles codes for material properties2014

    • 著者名/発表者名
      Shunsuke Morioka
    • 学会等名
      International conference and summer school on advanced silicide technology 2014 (ICSS-Silicide 2014)
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      2014-07-20
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] First-principles study on structural and thermoelectric properties of Al- and Sb-doped Mg2Si2014

    • 著者名/発表者名
      Naomi Hirayama
    • 学会等名
      International Conference on Thermoelectrics 2014 (ICT2014)
    • 発表場所
      Tennessee, USA
    • 年月日
      2014-07-08 – 2014-07-09
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書

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公開日: 2014-04-04   更新日: 2018-03-22  

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