新規ナノシート束の創生，構造制御とエネルギーデバイスへの応用

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17K06347
• 研究機関: 静岡大学
• 研究代表者: 立岡 浩一 静岡大学, 工学部, 教授 (40197380)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: シリサイド / 化学気相成長法 / 結晶成長 / ナノシート / ナノ構造制御 / テンプレート結晶粒 / 熱電素子 / 自然エネルギー

研究実績の概要

本研究は，ナノシートの積層構造からなるナノシート束を作製し，そのモルフォロジー及び構造制御を行うプロセスを開発する事を目的としている．従来のSiナノシート束構造及びMg2Si/Siナノシート コンポジットの作製方法を発展させMg2Siナノシート束を作製した．これはCaSi2結晶粉末をMgCl2にMgを添加した雰囲気中にて熱処理を施す事により得られる．得られたナノシート束構造の微細構造を明らかにし，その作製条件依存性よりナノシート束の生成メカニズムを考察した．この時雰囲気にマグネシウムの代わりに酸素をわずかに添加することによりMg2SiO4ナノシート束を作製した．一方CaSi2結晶粉末をMnCl2/NH4Cl雰囲気中にて熱処理を施すことにより単相MnSi1.7とSiナノシートとのコンポジットが生成される作製条件を見出した．またそれらナノシート束の微細構造を明らかにし生成メカニズムを考察した．さらにCaSi2粉末にフッ化水素酸処理を施す事によりCaF2ナノシート束を作製した．このようにCaSi2ひとつの出発原料を様々な方法で処理する事により様々なバラエティーに富んだナノシート束を作製する事を示した．同手法で作製したSiナノシート/Siナノワイヤ複合体とあわせ，さらなる構造制御による機能化が期待される．
作製したMg2Si/Siナノシート束粉末をSn粉末と混合し，整形，熱処理を施す事によりペレットを作製した．ここでMg2Si/Siナノシート作製時においてMgを過剰に供給する事により，作製したペレットは導電率5x103 S/m　程度のn型半導体を示した．またバルクと比べ熱伝導率の減少がみられた．その他CaGe2結晶にIP6処理を施す事によりGeナノシート束を作製し，Snを添加しペレットを作製した．熱伝導率を測定し，バルクの場合と比べ，熱伝導率が大幅に減少している事が分かった．

研究成果

• [国際共同研究] 台灣科技大學(その他の国・地域)
  • 国名: その他の国・地域
  • 外国機関名: 台灣科技大學
• [雑誌論文] Synthesis of CaF2 nanostructures from calcium silicide powders in diluted aqueous HF solution (2020)
  • 著者名/発表者名: Y. Ono, R. Ogino, M. Sakaida, K. Sasaki, N. Atsumi, Y. Numazawa, S. Itoh, T. Koga, Y. Huang, Y. Shimura, H. Tatsuoka, and N. Takahashi
  • 雑誌名: Jpn. J.Appl.Phys. Cof. Proc. 巻: - ページ: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] Topological synthesis of Mg-based silicate nanosheet bundles from CaSi2 crystal powders (2020)
  • 著者名/発表者名: Y. Numazawa, S. Itoh, Y. Ono, Y. Huang, Y. Shimura, Y. Hayakawa, and H. Tatsuoka
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 59 (SF) ページ: SFFD02-1 - 7
  • DOI: 10.35848/1347-4065/ab71dd
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of Ge-based nanosheet bundles using calcium germanides as templates in IP6 aqueous solution (2020)
  • 著者名/発表者名: V. Saxena, N. Atsumi, Y. Shimura, and H. Tatsuoka
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 59 (SG) ページ: SGGK08-1 - 10
  • DOI: 10.35848/1347-4065/ab69df
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of Si nanowire/nanosheet complexes from CaSi2 crystals by thermal annealing under MnCl2/NH4Cl vapors (2020)
  • 著者名/発表者名: S. Itoh, Y. Numazawa, Y. Ono, Y. Huang, Y. Shimura, N. Takahashi, and H. Tatsuoka
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 59 (SF) ページ: SFFD01-1 - 6
  • DOI: 10.7567/1347-4065/ab6461
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis, Structural and Photoluminescence Properties of Mg2Si/Si Nanocomposites Consisting of Si Nanosheet Bundles and Mg2Si Deposits (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Huang, R. Tamaki, P. Yuan, Y. Kumazawa, N. Atsumi, V. Saxena, N. Ahsan, Y. Okada, Y. Hayakawa, and H. Tatsuoka
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 58 (SB) ページ: SBBK04-1 - 8
  • DOI: 10.7567/1347-4065/ab0279/meta
  • 査読あり
• [学会発表] CaSi2粉末のMgCl2/Mg雰囲気処理によるMg2Siナノシート束の作製 (2020)
  • 著者名/発表者名: 古賀 友也、沼澤 有信、志村 洋介、高橋 尚久、立岡 浩一
  • 学会等名: 第67回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] CaSi2粉末のMnCl2/NH4Cl雰囲気処理によるMnSi1.7/Siナノシート束の作製 (2020)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 聖悟、西川 勇大、沼澤 有信、志村 洋介、高橋 尚久、立岡 浩一
  • 学会等名: 第67回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Structural and Morphological Properties of CaF2 Nanostructures Synthesized from Ca- Silicide Crystals (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Huang, R. Tamaki, Y. Ono, V. Saxena, N. Ahsan, Y. Okada, Y. Shimura, H. Mimura, and H. Tatsuoka
  • 学会等名: The 4th International Symposium on Biomedical Engineering (ISBE2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Structural and Morphological Properties of Mg-silicate Nanosheet Bundles Synthesized from CaSi2 Crystals (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Numazawa, R. Tamaki, Y. Huang, V. Saxena, N. Ahsan, Y. Okada, Y. Shimura, H. Mimura, and H. Tatsuoka
  • 学会等名: The 4th International Symposium on Biomedical Engineering (ISBE2019)
  • 国際学会
• [学会発表] CaGe2 をテンプレートとして作製したGe ナノシート束 の微細構造評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: Saxena Vimal, 志村洋介, 立岡浩一
  • 学会等名: 日本材料学会「材料シンポジウム」ワークショップ
• [学会発表] Synthesis of Ge-based Nanosheet Bundles Using Calcium Germanides as Templates in IP6 Aqueous Solution (2019)
  • 著者名/発表者名: V. Saxena, Y. Shimura, and H.Tatsuoka
  • 学会等名: 2019 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2019)
  • 国際学会
• [学会発表] CaSi2のMnCl2/NH4Cl蒸気下での熱処理により作製したSiナノワイヤ/ナノシート複合体の微細構造 (2019)
  • 著者名/発表者名: 伊藤聖悟、沼澤 有信、小野 祥希、Yalei Huang、志村洋介、立岡 浩一、高橋 尚久
  • 学会等名: 第42回結晶成長討論会
• [学会発表] CaSi2結晶のMgCl2蒸気下での熱処理によるMg系シリケートナノシートバンドルの作製 (2019)
  • 著者名/発表者名: 沼澤有信, 伊藤聖悟, 小野祥希, 黄 亜磊, 立岡浩一, 志村洋介
  • 学会等名: 第42回結晶成長討論会
• [学会発表] Topological Synthesis of Mg-based Silicate Nanosheets from CaSi2 crystals (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Numazawa, S. Itoh, Y. Ono, Y. Huang, Y. Shimura, and H. Tatsuoka
  • 学会等名: 5th Asia-Pacific Conference on Semiconducting Silicides and Related Materials Science and Technology Towards Sustainable Electronics ( APAC Silicide 2019 )
  • 国際学会
• [学会発表] Synthesis of CaF2 Nanostructures from Calcium Silicide Powders in Diluted Aquarius HF Solution (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Ono, Y. Numazawa, S. Itoh, Y. Huang, Y. Shimura, H. Tatsuoka, and N. Takahashi
  • 学会等名: 5th Asia-Pacific Conference on Semiconducting Silicides and Related Materials Science and Technology Towards Sustainable Electronics ( APAC Silicide 2019 )
  • 国際学会
• [学会発表] Synthesis of Si Nanowire/Nanosheet Complex Structures from CaSi2 crystals by Thermal Treatment under MnCl2/NH4Cl Vapors (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Itoh, Y. Numazawa, Y. Ono, Y. Huang, Y. Shimura, H. Tatsuoka, and N. Takahashi
  • 学会等名: 5th Asia-Pacific Conference on Semiconducting Silicides and Related Materials Science and Technology Towards Sustainable Electronics ( APAC Silicide 2019 )
  • 国際学会
• [備考] Hiro Tatsuoka Lab. Shizuoka University
  • URL: https://wwp.shizuoka.ac.jp/tatsuoka/
• [産業財産権] 熱電変換素子及び熱電変換素子の製造方法 (2019)
  • 発明者名: 立岡浩一
  • 権利者名: 国立大学法人 静岡大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2019-160450