| 研究課題/領域番号 |
17H03399
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| 研究機関 | 茨城大学 |
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研究代表者 |
池田 輝之 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (40314421)
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| 研究分担者 |
鵜殿 治彦 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (10282279)
永野 隆敏 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 講師 (70343621)
篠嶋 妥 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (80187137)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | ポロシティ / 孔径 / 粒子法 / 接合界面 |
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| 研究実績の概要 |
液体状態，固体状態におけるシリコンの水素の溶解度の差を利用し一方向凝固により作製したロータス型多孔質シリコンの熱電特性を調べた．その結果，ポロシティの増加に伴い電気伝導率は低下すること，一方でゼーベック係数は有意な変化をしないことが明らかになった．また，ポロシティが一定の条件の下でポア径を変化させても，電気伝導率，ゼーベック係数ともに有意な変化はないことが分かった．またフェーズフィールド法によるシミュレーションにより，一方向凝固による多孔質材料作製時において孔がいかに伸びるかということに関し知見が得られた．
ロータス型多孔質シリコンを孔の伸び方向に垂直にスライスし板状としたものを使用した孔の中を熱源流体が流れる熱電変換デバイスを想定して，デバイス中のシリコンの温度分布を粒子法シミュレーションにより調べた．その結果，シミュレーションによりシリコンと流体間の熱伝達率を定量的に評価できること，熱伝達率は，同じ孔径で比べるとポロシティが高い方が，同じポロシティで比べると孔径の小さい方が大きいことが定量的に示された．
さらに，上記デバイスを実際に作製するにあたり必要な技術的要素としてシリコンと金属電極として使用を想定している銀の接合を試みた．接合方法は拡散接合とし，接合時にかける圧力，接合温度，時間を実験パラメータとし，最適な接合条件を確立した．また，界面の性質を調べるため，引張試験により接合強度を調べ，接合条件との関係を明らかにした．さらに，接合界面の電気的性質を調べるため界面電気抵抗を測定した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
研究計画に照らし，想定していた研究項目のそれぞれにおいて，確実に成果が得られている．すなわち，実験による多孔質熱電材料の性質の調査，フェーズフィールド法による孔の伸びに関わる因子の調査，それをもちいたデバイス作製の試み，さらにデバイス中の温度分布の粒子法シミュレーションのどれも順調に進展している．
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでに，多孔質の熱電材料を作製し，孔径，ポロシティを制御する方法については，全体的把握を終えた．また，本方法により作製した多孔質熱電材料の熱電特性についても明らかとなった．
今後は，本年度粒子法シミュレーションにより得られた，熱流体を流した熱電変換デバイス中の温度分布の情報，実験的に得られたシリコンと銀の接合条件をもとに実際にデバイスを作製し，発電特性を調べる．また，発電特性の孔径，ポロシティ等への依存性を実験的に明らかにし，特性向上への指針を得る．
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