ナノ細孔構造を利用した超高効率熱電素子の開発

2008 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18686020
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 熱工学
• 研究機関: 九州工業大学
• 研究代表者: 宮崎 康次 九州工業大学, 工学研究院, 准教授 (70315159)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2008
• キーワード: 熱物性

研究概要

本研究では,平均直径60nmのBi2Te3ナノ粒子を利用してナノ細孔構造熱電材料を作製,超高効率熱電材料に必須な熱伝導率の物性の壁を超えた低減を達成した.一方で電気的特性を高く保つことが課題であり,ナノ結晶熱電薄膜を作製,ナノ構造を利用した熱電特性の改善手法を見出した.さらに熱電薄膜の応用としてin-plane型熱電発電デバイスを作製し,高効率熱電デバイスの可能性を示した.

研究成果

• [雑誌論文] 熱電マイクロジェネレータの作製と評価 (2008)
  • 著者名/発表者名: 黒崎潤一郎、山本明宏、田中三郎、宮崎康次、塚本寛
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集B編 74巻 ページ: 2630-2635
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of grain size on thermoelectric properties of n-type nanocrystalline bismuth-telluride based thin films (2008)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Takashiri, Koji Miyazaki, Saburo Tanaka, Jun-ichiro Kurosaki, Daisuke Nagai, Hiroshi Tsukamoto
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics Vol.104 ページ: 084302-1-084302-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three-Dimensional Phonon Transport Simulation for Nano/Micro-Structured (2008)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Sakurai, Shigenao Maruyam,Atsuki Komiya, Koji Miyazaki
  • 雑誌名: International Journal of Nanoscience Vol.7 ページ: 103-112
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural and thermoelectric properties of fine-grained Bi0.4Te3.0Sb1.6 thin films with preferred orientation deposited by flash evaporation method (2008)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Takashiri,Koji Miyazaki,Hiroshi Tsukamoto
  • 雑誌名: Thin Solid Films Vol.516 ページ: 6336-6343
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation and characterization of Bi0.4Te3.0Sb1.6 nanoparticles and their thin films (2008)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Takashiri, Saburo Tanaka, Makoto Takiishi, Masahiro Kihara, Koji Miyazaki, Hiroshi Tsukamoto
  • 雑誌名: Journal of Alloys and Compounds Vol.462 ページ: 351-355
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication and characterization of Bi0.4Te3.0Sb1.6 thin films by flash evaporation method (2007)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Takashiri, Toshiteru Shirakawa, Koji Miyazaki, Hiroshi Tsukamoto
  • 雑誌名: Journal of Alloys and Compounds Vol.441 ページ: 246-255
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermoelectric properties of n-type nanocrystalline bismuth-telluride-based thin films deposited by flash evaporation (2007)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Takashiri, Makoto Takiishi, Saburo Tanaka, Koji Miyazaki, Hiroshi Tsukamoto
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics Vol.101 ページ: 074301-1-074301-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication and characterization of bismuth-telluride-based alloy thin film thermoelectric generators by flash evaporation method (2007)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Takashiri, Toshiteru Shirakawa, Koji Miyazaki, Hiroshi Tsukamoto
  • 雑誌名: Sensors & Actuators A Vol.138 ページ: 329-334
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermoelectric properties of bismuth-telluride thin films and their thermoelectric generators (2007)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Takashiri, Toshiteru Shirakawa, Koji Miyazaki, Hiroshi Tsukamoto
  • 雑誌名: The International Journal of Transport Phenomena Vol.9 ページ: 261-270
  • 査読あり
• [雑誌論文] フラッシュ蒸着法によるn型ビスマステルライド系薄膜の生成 (2006)
  • 著者名/発表者名: 高尻雅之、白川寿照、宮崎康次、塚本寛
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集A編 72 ページ: 1793-1798
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure and Thermoelectric Properties of Boron Doped Nanocrystalline Si0.8Ge0.2 Thin Film (2006)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Takashiri, Theodrian Borca-Tasciuc, Alexandre Jacquot, Koji Miyazaki, Gang Chen
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics Vol.100 ページ: 054315-1-054315-5
  • 査読あり
• [学会発表] 薄膜型マイクロ熱電発電モジュールの設計と作製 (2008)
  • 著者名/発表者名: 黒崎潤一郎、山本明宏、田中三郎、宮崎康次、塚本寛
  • 学会等名: 第25回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
  • 発表場所: 那覇
  • 年月日: 20080000
• [学会発表] Thermal Conductivity of Nano-Structured Bismuth Telluride Thim Films (2008)
  • 著者名/発表者名: Saburo Tanaka, Yousuke Shimizu, Koji Miyazaki, Hiroshi Tsukamoto
  • 学会等名: The Seventh JSME-KSME Thermal and Fluids Engineering Conference
  • 発表場所: 那覇
  • 年月日: 20080000
• [学会発表] Zone folding effects of heat conduction in nano-porous silicon (2008)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Nagai, Naohiro Otani, Koji Miya zaki, Hiroshi Tsukamoto
  • 学会等名: The Seventh JSME-KSME Thermal and Fluids Engineering
  • 発表場所: 那覇
  • 年月日: 20080000
• [学会発表] ナノ粒子を用いたp型ビスマステルライド薄膜の熱伝導率計測 (2008)
  • 著者名/発表者名: 清水陽介、田中三朗、宮崎康次、塚本寛
  • 学会等名: 第29回日本熱物性シンポジウム
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20080000
• [学会発表] Thermoelectric Properties of Nano-Structured Bismuth Telluride (2008)
  • 著者名/発表者名: Saburo Tanaka, Masayuki Takashiri, Koji Miyazaki, Hiroshi Tsukamoto
  • 学会等名: 2nd International Forum on Heat Transfer
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20080000
• [学会発表] Thermal Conduction of Si Nano-porous Structure (2008)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Nagai, Yohei Kido, Koji Miyazaki, Hiroshi Tsukamoto
  • 学会等名: 2nd International Forum on Heat Transfer
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20080000
• [学会発表] In-plane Thermoelectric Micro-Generator on a Free Standing Si3N4 Thin Film (2008)
  • 著者名/発表者名: Jun-ichiro Kurosaki, Saburo Tanaka, Akihiro Yamamoto, Koji Miyazaki, Hiroshi Tsukamoto
  • 学会等名: 2nd International Forum on Heat Transfer
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20080000
• [学会発表] 分子動力学計算によるナノ多孔体シリコンの熱伝導解析 (2008)
  • 著者名/発表者名: 宮崎康次、永井大資、塚本寛
  • 学会等名: 第57回理論応用力学講演会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20080000
• [学会発表] Molecular Dynamics Simulations of Heat Conduction in Silicon Thin Film with Nano-holes (2008)
  • 著者名/発表者名: Koji Miyazaki,Daisuke Nagai,Hiroshi Tsukamoto
  • 学会等名: 2nd Integration and Commercialization of Micro and Nanosystems International Conference & Exhibition
  • 発表場所: HongKong
  • 年月日: 20080000
• [学会発表] 熱電マイクロジェネレータの性能予測と評価 (2008)
  • 著者名/発表者名: 黒崎潤一郎、山本明宏、田中三郎、宮崎康次、塚本寛
  • 学会等名: 第45回日本伝熱シンポジウム
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 20080000
• [学会発表] 3ω法を用いた熱電半導体薄膜の熱伝導率計測 (2008)
  • 著者名/発表者名: 田中三郎,清水陽介,宮崎康次,塚本寛
  • 学会等名: 第45回日本伝熱シンポジウム
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 20080000
• [学会発表] Measurements of Thermal Conductivity of Thin Films by 3-omega Method (2008)
  • 著者名/発表者名: Saburo Tanaka, Makoto Takiishi, Koji Miyazaki, Hiroshi Tsukamoto
  • 学会等名: ASME Micro/Nanoscale Heat Transfer International Conference
  • 発表場所: 台南
  • 年月日: 20080000
• [学会発表] The Development of the Micro-Generator on the Substrate Based Thin Film (2008)
  • 著者名/発表者名: Jun-ichiro Kurosaki, Saburo Tanaka, Koji Miyazaki, Hiroshi Tsukamoto
  • 学会等名: ASME Micro/Nanoscale Heat Transfer International Conference
  • 発表場所: 台南
  • 年月日: 20080000
• [学会発表] Fabrication of Nanoparitcle P-type Bismuth Telluride Thin Films and Their Thermoelectric Properties (2008)
  • 著者名/発表者名: Saburo Tanaka, Koji Miyazaki, Hiroshi Tsukamoto, Masayuki Takashiri
  • 学会等名: 7th Pacific RIM conference on ceramic and glass technology
  • 発表場所: 上海
  • 年月日: 20080000
• [学会発表] Bertrand Lenoir and Anne Dauscher, Thermoele ctric Micro-cooler of Bismuth Telluride Thin Film, ECI The sixth international conference on enhanced (2007)
  • 著者名/発表者名: Koji Miyazaki, Jun-ichiro Kurosaki, Masayuki Takashiri, Hiroshi Tsukamoto
  • 学会等名: compact and ultra compact heat exchangers : Science, engine ering and technology
  • 発表場所: Potsdam
  • 年月日: 20070000
• [学会発表] Numerical Analysis of Heat Conduction in Nanostructured Silicon (2007)
  • 著者名/発表者名: Koji Miyazaki, Yoshizumi Iida, Daisuke Nagai, and Hiroshi Tsukamoto
  • 学会等名: Asian Thermophysical Properties Conference
  • 発表場所: Fukuoka
  • 年月日: 20070000
• [学会発表] Phonon Transport Simulation for Nano/Microscale Heat Conduction (2007)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Sakurai, Shigenao Maruyama, Koji Miyazaki and Atsuki Komiya
  • 学会等名: Asian Thermophysical Properties Conference
  • 発表場所: Fukuoka
  • 年月日: 20070000
• [学会発表] Thermoelectric micro-cooler of bismuth telluride thin films (2007)
  • 著者名/発表者名: Koji Miyazaki, Jun-ichiro Kurosaki, Masayuki Takashiri, Bertrand Lenoir, and Hiroshi Tsukamoto
  • 学会等名: The ASME 2007 InterPACK conference
  • 発表場所: Vancouver
  • 年月日: 20070000
• [学会発表] Molecular dynamics simulations of heat conduction in nano-structured silicon (2007)
  • 著者名/発表者名: Koji Miyazaki, Yoshizumi Iida, Daisuke Nagai, and Hiroshi Tsukamoto
  • 学会等名: The ASME-JSME 2007 Thermal Engineering and Summer Heat Transfer Conference
  • 発表場所: Vancouver
  • 年月日: 20070000
• [学会発表] Development of a Micro-generator Based on Bi2Te3 Thin Films (2007)
  • 著者名/発表者名: Koji Miyazaki, Masayuki Takashiri, Jun-ichiro Kurosaki, Bertrand Lenoir, Anne Dauscher, Hiroshi Tsukamoto
  • 学会等名: 26th International Conference on Thermoelectrics
  • 発表場所: Jeju
  • 年月日: 20070000
• [学会発表] ビスマステルライドを用いたマイクロジェネレーターの開発 (2007)
  • 著者名/発表者名: 宮崎康次、黒崎潤一郎、笠井哲郎、原田一興、塚本寛
  • 学会等名: 日本機械学会熱工学コンファレンス
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 20070000
• [学会発表] ナノ多孔体の熱伝導率 (2007)
  • 著者名/発表者名: 宮崎康次、大谷直弘、永井大資、木原正裕、塚本寛
  • 学会等名: 第28回熱物性シンポジウム
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 20070000
• [学会発表] 走査型熱顕微鏡による微小領域温度分布計測 (2007)
  • 著者名/発表者名: 宮崎康次、杉原悠允、生地朝、木原正裕、塚本寛
  • 学会等名: 日本機械学会四国中国・九州支部合同沖縄講演会
  • 発表場所: 那覇
  • 年月日: 20070000
• [学会発表] Bi0.4Te3.0Sb1.6ナノ粒子薄膜の作製と熱電物性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 永井大資、木原正裕、田中三郎、宮崎康次、塚本寛
  • 学会等名: 日本機械学会四国中国・九州支部合同沖縄講演会
  • 発表場所: 那覇
  • 年月日: 20070000
• [学会発表] 熱電マイクロジェネレーターの試作 (2007)
  • 著者名/発表者名: 宮崎康次、黒崎潤一郎、高尻雅之、原田一興、塚本寛
  • 学会等名: 日本機械学会第12回動力・エネルギー技術シンポジウム
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20070000
• [学会発表] ナノポーラスSiの熱伝導分子動力学計算 (2007)
  • 著者名/発表者名: 宮崎康次、飯田良純、氏福信禎、塚本寛
  • 学会等名: 第44回日本伝熱シンポジウム
  • 発表場所: 長崎
  • 年月日: 20070000
• [学会発表] 3ω法を用いた薄膜の熱伝導率計測 (2007)
  • 著者名/発表者名: 田中三郎、滝石誠、高尻雅之、宮崎康次、塚本寛
  • 学会等名: 第44回日本伝熱シンポジウム
  • 発表場所: 長崎
  • 年月日: 20070000
• [学会発表] フォノン放射輸送方程式を用いたナノ・マイクロスケール熱伝導シミュレーション (2007)
  • 著者名/発表者名: 櫻井篤,圓山重直,宮崎康次,小宮敦樹
  • 学会等名: 第44回日本伝熱シンポジウム
  • 発表場所: 長崎
  • 年月日: 20070000
• [学会発表] Thermal radiative properties and thermal conductivity of porous mediaself-assembled silica particles (2006)
  • 著者名/発表者名: Koji Miyazaki, Masahiro Kihara, Hiroshi Tsukamoto
  • 学会等名: Proceedings of the 1st Energy Nanotechnology International Conference
  • 発表場所: Boston
  • 年月日: 20060000
• [学会発表] Flash Evaporated Thin Film of Bismuth Telluride (2006)
  • 著者名/発表者名: Toshiteru Shirakawa, Masayuki Takashiri, Koji Miyazaki, Hiroshi Tsukamoto
  • 学会等名: 17th International Symposium on Transport Phenomena
  • 発表場所: Toyama
  • 年月日: 20060000
• [学会発表] 3ω法によるビスマステルライド薄膜の熱伝導率計測 (2006)
  • 著者名/発表者名: 滝石誠、田中三郎、宮崎康次、塚本寛
  • 学会等名: 第27回熱物性シンポジウム
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 20060000
• [学会発表] Flash Evaporated Thin Films of Bismuth Telluride (2006)
  • 著者名/発表者名: Koji Miyazaki, Toshiteru Shirakawa, Hiroshi Tsukamoto
  • 学会等名: 25th International Conference on Thermo electrics
  • 発表場所: Vienna
  • 年月日: 20060000
• [学会発表] 熱電半導体の薄膜生成とその評価 (2006)
  • 著者名/発表者名: 白川寿照、宮崎康次、高尻雅之、塚本寛
  • 学会等名: 第43回日本伝熱シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 20060000
• [学会発表] フォノン輸送理論を用いたナノ構造物の熱伝導率計算 (2006)
  • 著者名/発表者名: 小田陽子、牧野大輔、宮崎康次、塚本寛
  • 学会等名: 第43回日本伝熱シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 20060000
• [図書] メタマテリアル(第8章熱電メタマテリアル) (2007)
  • 著者名/発表者名: メタマテリアル編集委員会
  • 総ページ数: 204-219
  • 出版者: CMC出版
• [図書] 世界トップ技術第4章熱を電気に変える〜エコエネルギー技術〜 (2006)
  • 著者名/発表者名: 九州工業大学
  • 総ページ数: 6
  • 出版者: 西日本新聞社