2023 Fiscal Year Research-status Report
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23K03689
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
堀 琢磨 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50791513)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | 熱伝導率 / ナノ多結晶構造 / ナノ多孔構造 / フォノン輸送 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ナノ多結晶体とナノ多孔体の複合構造の熱伝導率を決定する因子を明らかにすることを目的として，その第一段階として，それらの個別要素に焦点を当てて研究を行った．
ナノスケールの結晶が組み合わさることでできたナノ多結晶体における熱伝導率支配因子の同定を行うため，遺伝的アルゴリズムを用いて，現実的な幅広い粒径分布を持つ多様な構造を作成した．また，構築したナノ多結晶体に対して，ナノ多結晶体におけるフォノンの平均自由行程の評価を行った．さらに第一原理計算から得られた物性値と組み合わせることにより，熱伝導率を求めた．以上によって，ナノ多結晶体における熱伝導率に対する粒径分布の影響を定量的に明らかにした．
同時に，ナノ多結晶体における熱伝導率を予測するための理論の開発のため，単純な幾何学的な構造からなるナノ多結晶体におけるフォノンの平均自由行程の解析を行った．この結果，解析対象とした限られた構造においては，フォノンの平均自由行程はナノ多結晶体の表面積と体積からなる単純な指標によって再現可能であることが明らかとなった．
そのほかに，ナノスケールの空孔を多数有するナノ多孔体における熱伝導特性の解明のため，多様な空孔の位置分布を有するナノ多孔体の構造を作成した．さらに，これらの構造のフォノン輸送特性を求めることで，ナノ多孔体の空孔構造と熱伝導率の関係を明らかにした．また，この結果は，線形結合的な予測モデルによっては再現できないことが分かった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画通り，初年度は研究の最終目標を達成するための基礎的な部分の完成を進めた．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの実施内容を基に，複合ナノ構造化材料の熱伝導率支配因子の解明をする．すなわち，ナノ多結晶およびナノ多孔の複合構造を作成したうえで，フォノンの輸送シミュレーションを行うことで，フォノンの平均自由行程および熱伝導率の評価を行う．さらに，個別の構造における熱伝導率予測理論を完成させたうえで，複合構造の熱伝導率予測を達成するために，それらの融合を試みる．
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| Causes of Carryover |
本年度では主に理論的な部分に集中して研究を推進した．そのため，使用額が少額にとどまったが，進捗状況は順調である．
次年度において，研究の推進に必須であるが昨今高騰する計算機の購入に充てる予定である．
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