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2015 年度 実施状況報告書

高効率エネルギー変換用熱電酸化物のナノ構造薄膜

研究課題

研究課題/領域番号 26390103
研究機関室蘭工業大学

研究代表者

Mele Paolo  室蘭工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70608504)

研究分担者 宮崎 康次  九州工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70315159)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード熱電材料 / 酸化物 / 薄膜 / ナノ粒子 / 熱伝導率 / 熱電薄膜モジュール
研究実績の概要

本年度は、Al2O3、SrTiO3結晶基板及びシリカグラスの上にパルスレーザー蒸着(pulsed laser deposition、PLD)を用いてにより熱電薄膜モジュールの作製しました。熱電薄膜モジュールはn型(Al0.02Zn0.98O)の5脚及びp型(Ca3Co4O9)の5脚を含みました。
p-型Ca3Co4O9薄膜について実験条件の確立完全にされていました。
両帆n型とp型薄膜脚中にナノ粒子を入りませんでした。
温度勾配の為に垂直に設定モジュールをされて、アドホックカスタマイズシステムを用いてモジュールの性能を行いました。 温度差は230度(高温は300度)によって、Al2O3単結晶基板上に最大出力電力(Pmax)=29.9pWを得られました。
温度差の増加に伴って最大出力電力の値が大きくなります。初めて酸化物薄膜系モジュール出来ましたので、熱電酸化物薄膜の実用化のためにその結果は奨励です。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

当初の27年度の計画で、様々基盤の上にPLD(パルスレーザー蒸着)法及びMOD(有機金属酸塩塗布)を用いてnー型AZOとp-型Ca3Co4O9ナノ欠陥導入単層薄膜の成膜は予定だった。しかし、実用的なデモのために、熱電薄膜モジュールの作製の優先決めました。

今後の研究の推進方策

28年度の計画
① PLD(パルスレーザー蒸着)法を用いてn-型AZO及びp-型Ca3Co4O9ナノ欠陥導入薄膜(Al2O3結晶基板、シリカグラス及びポリイミドの上に)の創製及び特性評価。
② MOD(有機金属酸塩塗布)法を用いてナノ欠陥導入n-型AZO層薄膜とp-型Ca3Co4O9層薄膜(Al2O3結晶基板、シリカグラス及びポリイミドの上に)の創製及び特性評価。
③ nー型AZOとp-型Ca3Co4O9ナノ欠陥導入熱電薄膜モジュールの創製及び特性評価
(Al2O3結晶基板、シリカグラス及びポリイミドの上に)

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2016 2015 2014

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 3件、 査読あり 3件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 4件、 招待講演 4件) 産業財産権 (1件) (うち外国 1件)

  • [雑誌論文] Effect of self-grown seed layer on thermoelectric properties of ZnO thin films2016

    • 著者名/発表者名
      S. Saini, P. Mele, H. Honda, T. Suzuki, K. Matsumoto, K. Miyazaki, A. Ichinose, L. Molina Luna, R. Carlini, A. Tiwari
    • 雑誌名

      Thin Solid Films

      巻: 605 ページ: 289-294

    • DOI

      10.1016/j.tsf.2015.09.060

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] On-chip thermoelectric module comprised of oxide thin film legs2016

    • 著者名/発表者名
      S. Saini, P. Mele, K. Miyazaki, A. Tiwari
    • 雑誌名

      Energy Conversion and Management

      巻: 114 ページ: 251-257

    • DOI

      10.1016/j.enconman.2016.02.001

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Polymer-inorganic nanocomposite thin film emitters, optoelectronic chemical sensors, and energy harvesters produced by multiple-beam pulsed laser deposition2015

    • 著者名/発表者名
      Abdalla M Darwish, Simeon Wilson, Ashley Blackwell, Keylantra Taylor, Sergey Sarkisov, Darayas Patel, Paolo Mele, Michael W Johnson, Xiaodong Zhang, Brent Koplitz
    • 雑誌名

      Proc. SPIE 9586, Photonic Fiber and Crystal Devices: Advances in Materials and Innovations in Device Applications IX

      巻: 9586 ページ: 1-5

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Nanoengineered thin films of zinc oxide for thermoelectric energy harvesting2016

    • 著者名/発表者名
      P. Mele, S. Saini, K. Miyazaki, A. Ichinose, P. E. Hopkins, L. Molina-Luna, J. Shiomi, C. Li, T. Kawaharamura, M. Karppinen, J-P. Niemelä
    • 学会等名
      GiTe2016 “Giornate sulla termoelettricita`” (annual meeting of AIT- Italian Thermoelectric Association)
    • 発表場所
      Pisa University, Pisa, Italy
    • 年月日
      2016-02-24 – 2016-02-25
  • [学会発表] Nanostructured oxide thin films for sustainable development2016

    • 著者名/発表者名
      Paolo Mele
    • 学会等名
      Invited lecture at Politecnico of Torino
    • 発表場所
      Polytechnic University of Torino, Torino, Italy
    • 年月日
      2016-02-22 – 2016-02-22
    • 招待講演
  • [学会発表] Superconducting and thermoelectric oxide thin films for sustainable development2015

    • 著者名/発表者名
      Paolo Mele
    • 学会等名
      Invited lecture at Dongguk University
    • 発表場所
      Dongguk University, Seul, Korea
    • 年月日
      2015-11-20 – 2015-11-20
    • 招待講演
  • [学会発表] Nanostructured oxide thin films for sustainable development: superconductors and thermoelectrics2015

    • 著者名/発表者名
      P. Mele, S. Saini, X. Obradors, H. Honda, K. Matsumoto, K. Miyazaki, A. Ichinose, L. Molina-Luna, P.E. Hopkins, M. I. Adam, J. Shiomi, C. Li, T. Kawaharamura
    • 学会等名
      IUMRS-ICAM 2015
    • 発表場所
      Jeju International Convention Center, Jeju island, Korea
    • 年月日
      2015-10-26 – 2015-10-29
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Fabrication and testing of compact thermoelectric module based on ZnO and Ca3Co4O9 thin films2015

    • 著者名/発表者名
      Paolo Mele, Shrikant Saini, Hiroaki Honda, Takashi Suzuki, Kaname Matsumoto, Koji Miyazaki
    • 学会等名
      JSAP Fall 2015
    • 発表場所
      Nagoya Congress Center, Nagoya, Japan
    • 年月日
      2015-09-14 – 2015-09-16
    • 国際学会
  • [学会発表] Superconducting And Thermoelectric Oxide Thin Films For Sustainable Development2015

    • 著者名/発表者名
      Paolo Mele, S. Saini, A. Kamegawa, Y. Mawatari, X. Obradors, H. Honda, T. Suzuki, K.Matsumoto, K. Miyazaki, A. Ichinose, L. Molina Luna, P.E. Hopkins, M. I. Adam
    • 学会等名
      ICCE-24
    • 発表場所
      California Garden Hotel, Chengdu, China
    • 年月日
      2015-07-12 – 2015-07-17
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Correlation between strain energy and thermoelectric performance of Al-doped ZnO thin films deposited on different substrates2015

    • 著者名/発表者名
      Paolo Mele, Shrikant Saini, Hiroaki Honda, Takashi Suzuki, Koji Miyazaki, Kaname Matsumoto, Ataru Ichinose, Leopoldo Molina-Luna, Patrick E. Hopkins
    • 学会等名
      MRS Spring Meeting 2015
    • 発表場所
      Moscone Congress Center, San Francisco, USA
    • 年月日
      2015-04-06 – 2015-04-10
    • 国際学会
  • [産業財産権] Nano-composite thermo-electric energy converter and fabrication method thereof2014

    • 発明者名
      A. Darwish, P. Mele, S. Sarkisov
    • 権利者名
      A. Darwish, P. Mele, S. Sarkisov
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      US20160056361A1
    • 出願年月日
      2014-09-14
    • 取得年月日
      2016-02-25
    • 外国

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公開日: 2017-01-06  

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