| 研究課題/領域番号 |
25286028
|
|---|
| 研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 |
|---|
研究代表者 |
桐原 和大 国立研究開発法人産業技術総合研究所, ナノ材料研究部門, 主任研究員 (70392610)
|
|---|
| 研究分担者 |
向田 雅一 国立研究開発法人産業技術総合研究所, ナノ材料研究部門, 主任研究員 (70358141)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2017-03-31
|
| キーワード | ナノ材料 / 熱電変換 / ナノ物性計測 / 炭化ホウ素 |
|---|
| 研究実績の概要 |
セルロースアニール法によって合成した炭化ホウ素ナノワイヤのSeebeck係数は、個体差が大きいものの従来のバルク（焼結体・単結晶）の値を上回ることや、その温度係数もバルクと大きく異なる結果について、前年度に引き続き高精度な交流加熱法による計測でデータの再現性を確認した。これらのナノワイヤに対して別途測定した電気伝導率の温度依存性のデータも併せて、電気伝導機構の考察を行った結果、室温より高温域ではスモールポーラロンによるホッピング伝導モデル、200K以下の低温域ではそれに加えて可変領域ホッピング伝導の寄与も含まれるという解析結果を得た。特に、Seebeck係数の温度係数が通常の半導体や可変領域ホッピング伝導では説明できない特異な値を有する結果について、ナノワイヤの結晶構造との関係に関する検討を重ねた。その結果、前年度までに透過電子顕微鏡観察で明らかにしたナノワイヤ中の積層欠陥や双晶が、ホッピング準位の分布に大きな影響を与えている可能性が高いことが分かった。広くホウ素系ナノ構造体の熱電特性測定を行ってきた研究代表者の成果が注目され、米国で開催された無機系材料科学に関する国際会議で招待講演を行った。そこで、上記のように、世界で初めて炭化ホウ素ナノワイヤの構造と熱電物性の関係について明らかにした成果を報告した。
一方で、微細電極に固定した炭化ホウ素ナノワイヤへ、前年度に購入したレーザー局所加熱装置を用いてナノワイヤ中の炭素濃度が制御できることが分かった。ナノワイヤの新規の物性制御法として注目すべき成果が得られる可能性がある。この他、最終目標であるナノワイヤ凝集体やその熱電素子の試作に向けて、導電性の高いナノワイヤの量産について、表面酸化を抑制する条件を改良した。
|
| 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
炭化ホウ素ナノワイヤのSeebeck係数及びその温度係数が従来のバルク焼結体の値と異なり、バルク体より高い熱電性能が得られることを確認した重要な成果について、招待講演等で報告した他、ナノワイヤの新規の物性制御法の創出、導電性の高いナノワイヤの量産など、最終目標達成に向けて順調に進展している面を自己評価した。一方で、これまでに蓄積されたデータ・知見を論文に発表する準備を急いでおり、投稿準備が整いつつある。
|
| 今後の研究の推進方策 |
世界で初めて明らかにした、炭化ホウ素ナノワイヤの構造とバルク体より高い熱電物性の関係についての成果を論文発表することを最優先に行う。その上で、ホッピング準位の分布と関係の深い、透過電子顕微鏡やラマンスペクトル測定によって、ナノワイヤ中の積層欠陥や双晶の分布の詳細を調べる。
さらに、ナノワイヤへのin situでの熱電物性制御法として局所レーザー照射加熱に注目し、物性改良を試みる他、照射前後のラマンスペクトル測定による結晶性の変化について明らかにする。また、本研究の最終目標である、高い発電性能を備えたナノワイヤ素子の実現に向けては、導電性の高い炭化ホウ素ナノワイヤの凝集体や、それらと他のナノ材料をコンポジット化する研究に取り組む。
|
| 次年度使用額が生じた理由 |
概ね計画通りに使用したが、ナノワイヤの凝集体・コンポジット化のための試料成形法の検討や、そのための消耗品購入の一部が年度内には間に合わなかった。
|
| 次年度使用額の使用計画 |
28年度の早期に部品購入を行い、実験を速やかに開始する。
|
