| 研究課題/領域番号 |
17J01281
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
小野里 尚記 北海道大学, 大学院情報科学研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-26 – 2020-03-31
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| キーワード | 熱電変換 / 熱伝導率 / エレクトロクロミックデバイス |
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| 研究実績の概要 |
熱電変換材料はその性能を無次元性能指数ZT=(s^2・σ)T/k (S:熱電能,σ:導電率, k:熱伝導率)を用いて示す。本研究では真に実用的なZT～1以上を目指す方針としてZTに二乗で効いてくる熱電能増強のため、低温域での異常な熱電能の上昇であるフォノンドラッグ現象、または同じくZTに大きく寄与する熱伝導率kについて注目している。本年度は昨年度から継続している層状コバルト酸化物AxCoO2薄膜の熱伝導率計測に関して、CoO2層の隣接層に注目した。様々な隣接層をもつAxCoO2薄膜作製し、その異方性熱伝導率を計測しその関係性について調査を行なった。次年度で現象の完全な理解を進める予定である。さらに熱伝導率の関して、いくつかの結晶方位が異なったNbO2薄膜を作製、TDTR法を用いてそれぞれの熱伝導率を測定し、NbO2における熱伝導率テンソルを明らかにした。また今年度は自身が修士課程から行なっている酸化物エレクトロクロミックデバイスの研究開発も行なった。電子カーテンや自動車の防眩ミラーとして応用されているエレクトロクロミック（EC）素子は、EC材料の金属イオンを電気化学的に酸化・還元することで生じる色調変化を利用し、外光を選択的に透過・遮断可能なデバイスである。このようなEC素子の活性層として用いられる酸化タングステン（WO3）は、アルカリ金属イオンやプロトンとの電気化学反応により、無色透明絶縁体⇔黒色金属の可逆的な光・電子物性変化を示すことが知られている。WO3の可視光透過率と導電性の変化を利用することで、今までの視覚による色変化の情報「透明」「黒」に加え、電気的に情報「０」と「１」を記憶・読み出すことが可能な、新しい情報表示・記憶装置になると期待できる。今年度はデバイス構造を改良することで低電圧(±３V)、高速動作(１秒以内)のデバイスの作製に成功した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
今年度は主に３つの研究課題に取り組んだ。１つめに層状コバルト酸化物AxCoO2薄膜の熱伝導率計測に関して、CoO2層の隣接層に注目し様々な隣接層をもつAxCoO2薄膜を作製、その異方性熱伝導率を計測した。次年度で現象の理解を進める予定である。２つめはECデバイスである。現在のEC素子の多くは二枚の透明電極間に活性層を挟み込んだ平行平板型エレクトロクロミックディスプレイ（ECD）構造であるため、高速動作できるが色調変化のみの利用であり活性層の導電性変化を利用することはできなかった。色の変化に加え導電性の変化を利用するためには、薄膜トランジスタ（TFT）のような三端子構造を用いたエレクトロクロミックトランジスタ（ECT）を開発する必要がある。我々のグループは2016年に色調－導電性を同時変調可能な全固体WO3-ECTの開発に成功した[Sci. Rep. 6, 25819 (2016)] 。しかしながら、このデバイスはプロトン化・脱プロトン化に高いゲート電圧（~10 V）で長時間（数10 s）電流を印加する必要があった。そこで下部TCO層を挿入したECTとECD構造を組み合わせた新たな全固体WO3-ECTの開発を行なった。結果的に±３V、１秒以内の高速動作に成功し、AIP Adv.誌に論文掲載された。また、これにより某企業との共同開発が始まった。
３つめにNbO2薄膜の熱伝導率テンソルを明らかにした。国際共同研究で作製した異なった結晶方位のNbO2薄膜の熱伝導率をTDTR法を用いて計測、NbO2の熱伝導テンソルを明らかにし論文掲載した。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度明らかにした様々な隣接層をもつ層状コバルト酸化物の異方性熱伝導率に関して完全な現象の理解を進め、論文投稿する予定である。
ECデバイスの研究に関して、我々の全固体WO3-ECTは作製の全プロセスを室温下で実現できる、この特徴を活かして次年度はフレキシブル基板上にデバイスを作製し、フレキシブルな全固体WO3-ECTの作製に取り組む。また近年、車などの防眩ミラーにECデバイスが使用されている。真に実用的なECデバイスは広い温度領域での動作が求められるため、次年度はECデバイスの広い温度領域での動作について調査を行う予定である。
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