3次元THzフォノニック構造の多段階無機合成と熱絶縁

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21H02032
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分36010:無機物質および無機材料化学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 佐藤 宗英 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 高分子・バイオ材料研究センター, 主幹研究員 (00509961)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 多段階無機合成 / フォノニック構造 / 熱伝導率測定

研究成果の概要

熱伝導を制限もしくは禁止しうる３次元THzフォノニック構造を実現するには 1 nm 程度の室温フォノンの波長と同程度のドット周期構造をアモルファス材料中に構築する必要がある。このような極微細なため熱力学的に不安定な周期構造を原子精度で構築するため、強固なイオン性共有結合からなる酸化物に着目し、独自の原子制御ドット堆積と原子層堆積（ALD）を組み合せた「多段階無機合成」を提唱している。本研究ではドット前駆体の出発物質である多核金属錯体の分子構造由来のドットとアモルファスなALD膜のフォノニックコントラストによって低熱伝導化できることを確認した。

自由記述の分野

化学

研究成果の学術的意義や社会的意義

脱炭素社会の実現に向けて熱供給と熱需要の空間のズレを解消する必要がある。電力発電時に一次エネルギーのうち約6割が排熱として使われずに捨てられている一方で、捨てられている熱エネルギーとほぼ同量であって最終利用エネルギーのうち約7割に相当する燃料が熱用途のために別途、投下されている 。電力発電所から都市部に輸送されている電気と熱を比較すると、熱は電気の様に絶縁できなかったため輸送中に熱が逃げてしまい、定めた方向へ異方性もって熱を長距離輸送ができていない、熱を操れていなかったといえる。 熱絶縁はエネルギーの高効率利用に資する基盤技術となりうる。