分子性物質におけるフォノン解析に基づく熱輸送-電荷輸送相関の解明

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20K15353
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分35030:有機機能材料関連
• 研究機関: 舞鶴工業高等専門学校
• 研究代表者: 小島 広孝 舞鶴工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (70713634)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 分子動力学計算 / 非平衡計算 / 熱輸送 / フォノン解析 / 有機熱電材料

研究成果の概要

近年精力的に研究が進められている有機熱電変換材料において，熱的特性や熱電特性に重要な分子振動やフォノンに関して量子化学計算や分子振動解析等を実施した。熱伝導や電気伝導に寄与するフォノンの特定や分子構造などと照らし合わせて構造物性相関を取得する目的で，非平衡分子動力学計算を行い，計算機上で作成した有機材料や複合材料の分子モデルに対して温度差を印加しながら計算を行うことで，材料内部での熱の伝わり方を微視的に観測した。トラジェクトリ解析により材料の熱的特性の評価に必要なパラメータを取得し，材料内の温度分布や流出入する熱量から熱伝導性を定量評価するなど複数の結果が得られた。

自由記述の分野

有機熱電変換

研究成果の学術的意義や社会的意義

次世代のエネルギー材料である熱電材料などとして期待される一方で，有機物における熱的性質や電気的性質との関係性などはこれまで十分に理解されていなかった。そこで複数の化学計算の手法を駆使し，熱や電気の伝導に関わる分子の振動についての解析を行った。コンピュータ上に分子構造モデルを作成し，モデルに温度差を印加しながら計算機シミュレーションを行うことで，分子の振動の解析やモデル内の温度分布や熱の伝わり方を観測し，流出入する熱量を基にして熱の伝導性を見積もるなど，熱電材料の性質の評価において有益ないくつかの結果が得られた。