Mechanism of interfacial thermal transport of 2D materials

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K18880
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 28:Nano/micro science and related fields
• Research Institution: Osaka Metropolitan University (2022-2023); Osaka Prefecture University (2021)
• Principal Investigator: Arie Takayuki 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (80533017)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 秋田 成司 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 教授 (60202529)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2024-03-31
• Keywords: 原子層材料 / グラフェン / 層間熱伝導 / 熱電変換 / h-BN

Outline of Final Research Achievements

Thermal design is crucial for van der Waals heterostructure devices using 2D materials. In particular, understanding of interfacial thermal resistance and thermoelectric properties are important for 2D heterostructure devises toward thermal management applications. Here, we investigate the interfacial thermal and thermoelectric properties of 2D heterostructure devices during device operation. Two methods were performed to elucidate the interfacial thermal transport properties: Raman spectroscopy and optically driven magnetic resonance spectroscopy using NV centers in diamonds. Our findings of interfacial thermal and thermoelectric properties of 2D heterostructure devices indicate the importance of impurities within layers during device fabrication.

Free Research Field

電子物理工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

熱マネジメント技術の代表である熱を電気に変換する熱電変換は、従来廃棄されていた熱エネルギーを再利用するという観点から、現在非常に重要な技術と位置づけられている。熱電変換ではできるだけ電気特性を向上させるとともに熱伝導を低下させると性能が向上するが、両立させるのは困難である。本研究では原子層材料であるグラフェンや六方晶窒化ホウ素を積層構造としたときの層間熱伝導および熱電特性を明らかにすることで、熱マネジメント材料として応用するための指針を明らかにした。層間の状態が熱輸送及び熱電性能に与える影響を調べることで、より高効率な熱電特性を有する積層構造を設計する上で非常に重要な知見を得ることに成功した。