| 研究課題/領域番号 |
25286028
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 研究機関 | 独立行政法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
桐原 和大 独立行政法人産業技術総合研究所, ナノシステム研究部門, 主任研究員 (70392610)
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| 研究分担者 |
向田 雅一 独立行政法人産業技術総合研究所, ナノシステム研究部門, 主任研究員 (70358141)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | ナノ材料 / 熱電変換 / ナノ物性計測 |
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| 研究概要 |
未利用熱を電力に変換する熱電材料として有望な、新規の炭化ホウ素ナノワイヤの合成法についていくつかの方法の検討を進めた結果、セルロースアニール法が最も収率の良い合成法であることを見出し、再現性よく合成するための大まかな合成条件（おおよその合成温度及び原料組成）を決定することが出来た。さらに、合成した炭化ホウ素ナノワイヤに対して、１本のナノワイヤの熱起電力及び電気伝導率を計測するために、備品としてロックインアンプ及び冷却・加熱機構付き真空チェンバーを購入し、交流加熱法によるナノワイヤの熱起電力計測装置を整備した。計測に先立ち、ナノワイヤを基板上に固定して電子線リソグラフィーによる微細電極及び局所加熱ヒータの加工を行い、微細加工の大まかな条件も決定することが出来た。この微細加工を行った基板及び熱起電力計測装置を用いて、当初予定通りに熱起電力及び電気伝導率の測定データを得ることに成功した。ニッケル金属を触媒として合成した場合において、ニッケルがナノワイヤのコア部分にも存在するユニークなコアシェル型炭化ホウ素ナノワイヤを再現性良く合成することにも成功した。以上の成果をもとに、国際会議及び国内学会での成果発表をそれぞれ１件ずつ行った。
研究分担者及び連携研究者と協力して、電気伝導機構・結晶構造の解析のための議論を進めてきた一方で、分担者の担当するナノワイヤ凝集体の物性測定のために必要な量のナノワイヤ試料を確保出来なかった。しかしながら、ナノワイヤ粉体取扱い時の静電気除電の検討など、凝集体作製の準備検討を開始した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
新規の炭化ホウ素を再現性良く作製するための合成法や合成条件の決定、及び１本のナノワイヤの高精度な熱起電力及び電気伝導率の計測のための装置開発や微細電極加工のプロセス確立などに成功し、ナノワイヤ合成から物性評価までの一連の実験プロセスが完成したことから、当初定めた研究目的のうち初年度で達成すべき計画・目標は十分に達成していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
ナノワイヤ合成から物性評価までの一連の実験プロセスが完成したことを受け、今後はナノワイヤの合成条件と熱電物性との対応関係を明らかにするために、引き続き同様の実験方法にて、ナノワイヤ合成及び１本のナノワイヤの熱電物性計測を行い、熱電特性の高いナノワイヤについての測定データを整理し合成条件の最適化を進める。一方、電気伝導機構を十分に理解するためには、これまでより測定温度範囲を広げた計測を行うと共に、ナノワイヤの電界効果移動度などの計測も並行して行う必要があり、計測装置の改良などにより対応していく。さらに、本研究で初めて合成に成功したコアシェル型炭化ホウ素ナノワイヤの構造を解析することも、電気伝導機構解明のための課題である。そこで連携研究者による構造観察を進める他、ラマンスペクトル等の測定も行い、それらの結果をもとに研究分担者と協力して結晶構造解析を行う。その後、ホッピング伝導モデルに基づいた伝導機構の解析を進め、ナノワイヤ結晶構造との関連について調べる。
ナノワイヤの熱物性（熱伝導率や比熱）は微細加工での計測は難しいため、ナノワイヤ凝集体紛体を成形して試料作製を行う必要があるが、十分な量のナノワイヤ試料が合成できていないことが課題である。そこで、合成条件（温度・原料組成）とともに原料のセッティング方法・雰囲気なども検討し、ナノワイヤ量産に向けた条件改良に努める。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
研究をさらに促進するために、ナノワイヤの熱電物性計測において電界効果移動度などの測定を組合せた計測を行うための装置改良や、ナノワイヤを一定の条件で量産するための合成炉の改良について25年度末に検討していたが、年度内では改良方法やそれに伴う部品購入の案を出せなかったため、26年度に装置改良を行うこととした。
26年度の早期に装置改良の案をかため、部品購入のために使用する。
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