| 研究課題/領域番号 |
25600129
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
小野 崇人 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90282095)
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| 研究分担者 |
戸田 雅也 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40509890)
川合 祐輔 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20451536) [辞退]
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| キーワード | 熱電子発電 / 熱電発電 / エナジーハーベスタ / MEMS |
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| 研究実績の概要 |
マイクロ熱電子発電は、熱により従来の熱電子発電よりも低温度かつ高効率に発電することを目標として開発している。マイクロスケールのギャップをエミッタとコレクタ電極間に形成することで、電子放出の閾値が下がり、理想的には発電効率が向上する。しかし、これまでのSiCエミッタ‐Pt－Csコレクタにおける研究から、エミッタとコレクタ電極間に様々な熱損失が存在し、現実には大きな発電効率が得られていない。この原因をしらべるためエミッタとコレクタ間の熱損失を検討した。熱損失としては、輻射、熱伝導などが存在し、これらを導出するための理論的な枠組みを構築した。どの大きく寄与しているかについて必要な一部のデータを実験的に求め、これを基に理論的検討した結果、マイクロギャップを形成するための絶縁ピラーを通しての熱損失が優勢であることがわかった。絶縁ピラーの形状や密度、作製方法などを検討し、熱絶縁を減らす方策について検討した。具体的には、絶縁ピラーをピラミッド形状に加工し、その接触面積を減らして熱抵抗を大きくすることで、熱損失を大きく減らすことができることを示した。また、試作したシリコンん熱酸化膜からなる絶縁ピラーの熱抵抗を実測し、熱電子発電の発電効率を最大化する設計論を構築した。試作した熱電子発電は、温度が700℃台で動作し低温動作を実証したが、まだ発電効率は１％未満と小さい課題があった。この発電効率の改善のためには、コレクタ材料をより小さな仕事関数を持つようににすることが必要であることがわかった。
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