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エネルギーデバイス界面の動的電気測定による疎性モデリングの産業応用

公募研究

研究領域スパースモデリングの深化と高次元データ駆動科学の創成
研究課題/領域番号 26120502
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 複合領域
研究機関北海道大学

研究代表者

島田 敏宏  北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10262148)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円)
2015年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2014年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
キーワードエネルギーデバイス界面 / インピーダンス分光 / システム同定 / h-BN / グラフェン / 仕事関数 / エネルギーデバイス / 価数変化 / キャパシタ / 疎性モデリング
研究実績の概要

二次電池、燃料電池、太陽電池などエネルギーデバイスにおいては原子レベルで制御された界面が本質的な役割を果たす。本研究では、原子レベルでの界面制御を行った物質・デバイスの設計と開発およびエネルギーデバイスの動的電気特性の効率的な測定法の追求とを目的とした。得られた成果は以下の通りである。
1.二次電池の電極界面に価数変化できるナノ粒子を配置した場合の蓄電性能の変化について物理的考察を行い、定量的に明らかにした。2.動的電気特性の測定実験とデータ解析法の開発を行い、RC等価回路に対しては、示すようにLjungの”Output Error(OE)モデル”によるシステム同定を基本とする解析法がよいことが分かった。3.太陽電池・二次電池等に用いるナノ界面構築のための材料開発を行い、カーボンナノチューブ(CNT)・MoS2複合材料とFeナノワイヤの作製法を開発した。それぞれの太陽電池特性(CNT-MoS2)電気特性と磁気特性(Fe)について評価した。4.第一原理計算により炭素-ホウ素-窒素による新材料の設計を行った。グラファイトは金属であるが、六方晶窒化ホウ素は絶縁物である。それでは、窒化ホウ素中に炭素をドープしていった場合、電子状態はどのようになっているであろうか。これまでの研究から、六方晶窒化ホウ素のシート内で炭素は炭素原子同士で集まりやすいことが知られている。したがって、このような物質は炭素による「分子」を絶縁体に埋め込んだものとみなすことができる。第一原理計算の結果、「分子構造」によってバンドギャップが異なり、水素と炭素からできている分子とは異なる形状依存性を示すこと、奇数個の炭素を持つ場合にはNとBのどちらを多くCで置き換えたかに依存して仕事関数が1.8eVも変化することを見出した。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2016 2015 2014 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 4件、 招待講演 1件) 図書 (1件)

  • [国際共同研究] Aalto University(Finland)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Wyoming(米国)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] Carbon-Doped Hexagonal Boron Nitride: Analysis as π-Conjugate Molecules Embedded in Two Dimensional Insulator2016

    • 著者名/発表者名
      Wei Xie, Takashi Yanase, Taro Nagahama and Toshihiro Shimada
    • 雑誌名

      C: The Journal of Carbon Research

      巻: 2 号: 1 ページ: 2-2

    • DOI

      10.3390/c2010002

    • NAID

      120005703692

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Chemical vapor deposition of MoS2: Insight into the growth mechanism by separated gas flow experiments2016

    • 著者名/発表者名
      Takashi Yanase, Sho Watanabe, Mengting Weng, Taro Nagahama, Toshihiro Shimada
    • 雑誌名

      Journal of Nanoscience and Nanotechnology

      巻: 16 号: 4 ページ: 3223-3227

    • DOI

      10.1166/jnn.2016.12313

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Colorful Carbon Nanopopcorns Formed by Codepositing C<sub>60</sub> with Diamond-like Carbon Followed by Reaction with Water Vapor2015

    • 著者名/発表者名
      Wei Xie, Aiko Kawahito, Takuya Miura, Takashi Endo, Yongming Wang, Takashi Yanase, Taro Nagahama, Yukitoshi Otani, Toshihiro Shimada
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 44 号: 9 ページ: 1205-1207

    • DOI

      10.1246/cl.150470

    • NAID

      130005096889

    • ISSN
      0366-7022, 1348-0715
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fabrication of Fe nanowires on yittrium-stabilized zirconia single crystal substrates by thermal CVD methods2015

    • 著者名/発表者名
      A. Kawahito, T. Yanase, T. Endo, T. Nagahama, and T. Shimada
    • 雑誌名

      journal of applied physics

      巻: 117 号: 17

    • DOI

      10.1063/1.4908150

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] フレキシブルデバイスのための 価数変化可能な極板を持つ蓄電素子の静電気学的考察2015

    • 著者名/発表者名
      島田敏宏、柳瀬隆、長浜太郎
    • 雑誌名

      電気学会C部門誌

      巻: 135 ページ: 164-167

    • NAID

      130004870133

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multilayered MoS2 Nanoflakes Bound to Carbon Nanotubes as Electron Acceptors in Bulk Heterojunction Inverted Organic Solar Cells2015

    • 著者名/発表者名
      Il Jeon, Dai Kutsuzawa, Yu Hashimoto, Takashi Yanase, Taro Nagahama, Toshihiro Shimada, Yutaka Matsuo
    • 雑誌名

      Organic Electronics

      巻: 17 ページ: 275-280

    • NAID

      120005593434

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] Multilayered MoS2 nanoflakes bound to carbon nanotubes as electron acceptors in bulk heterojunction inverted organic solar cells2015

    • 著者名/発表者名
      Il Jeon, Dai Kutsuzawa, Yu Hashimoto, Takashi Yanase, Taro Nagahama, Toshihiro Shimada, Yutaka Matsuo
    • 雑誌名

      Organic Electronics

      巻: 17 ページ: 275-280

    • NAID

      120005593434

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electrostatic model of solid-state capacitor with ionizable charge traps2014

    • 著者名/発表者名
      Toshihiro Shimada, Taro Nagahama, and Takashi Yanase
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 53 号: 8 ページ: 088004-088004

    • DOI

      10.7567/jjap.53.088004

    • NAID

      120005462426

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 層状金属カルコゲナイドCVD 成長におけるナノ形態制御2015

    • 著者名/発表者名
      島田敏宏
    • 学会等名
      真空学会
    • 発表場所
      つくば国際会議場(つくば市)
    • 年月日
      2015-12-01
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Colorful carbon nanopopcorns formed by plasma CVD of diamond-like carbon by CH4 with exposure to H2O vapor2015

    • 著者名/発表者名
      Wei Xie, Takuya Miura, Takashi Yanase, Taro Nagahama, Toshihiro Shimada
    • 学会等名
      9th International Conference on Reactive Plasmas (ICRP-9/GEC-68/SPP-33)
    • 発表場所
      Hawaii,USA
    • 年月日
      2015-10-12
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A thermocouple-based remote temprature controller of an electrically floated sampleto study plasma CVD growth of carbon nanotube2015

    • 著者名/発表者名
      Takuya Miura, Wei Xie, Takashi Yanase, Taro Nagahama, Toshihiro Shimada
    • 学会等名
      9th International Conference on Reactive Plasmas (ICRP-9/GEC-68/SPP-33)
    • 発表場所
      Hawaii,USA
    • 年月日
      2015-10-12
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Plasma CVD synthesis of new diamond-bismuth thin films by solid-source immersion2015

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Tamura, Takashi Yanase, Taro Nagahama, Toshihiro Shimada
    • 学会等名
      9th International Conference on Reactive Plasmas (ICRP-9/GEC-68/SPP-33)
    • 発表場所
      Hawaii,USA
    • 年月日
      2015-10-12
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 炭素ドープh-BN の電子状態計算2015

    • 著者名/発表者名
      Xie Wei, 柳瀬 隆, 長浜 太郎, 島田 敏宏
    • 学会等名
      応用物理学会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場(名古屋市)
    • 年月日
      2015-09-13
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Toshihiro Shimada2015

    • 著者名/発表者名
      High Energy Chemistry for Carbon-Based Materials Synthesis
    • 学会等名
      8th NTTHX Symposium
    • 発表場所
      Urmuqi, China
    • 年月日
      2015-08-09
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [図書] Molybdenum Disulfide: Synthesis, Properties and Industrial Applications, chapter 42016

    • 著者名/発表者名
      Toshihiro Shimada and Takashi Yanase
    • 総ページ数
      9
    • 出版者
      Nova publishers
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2014-04-04   更新日: 2022-01-28  

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