课题基金 / 基金详情

Creation of Innovative Energy Storage Devices Using Atomic Layer Technology

Creation of Innovative Energy Storage Devices Using Atomic Layer Technology
使用原子层技术创建创新的能量存储设备
批准号:
21H05015
负责人:
長田 実
金额:
$122.72万
依托单位:
依托单位国家:
日本
项目类别:
Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
财政年份:
2021
资助国家:
日本
项目状态:
未结题
起止时间:
2021-07-05 至 2026-03-31

项目摘要

项目成果

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中文摘要
翻译
本研究では、次世代蓄電デバイスの開発を目指した新たな試みとして、酸化物原子膜「ナノシート」をベースとする革新的誘電材料・デバイスの開発を行う。本年度は、原子膜の材料開発、集積・デバイスにかかわる多角的な検討を行った。材料面では、高誘電性ペロブスカイトナノシート(Ca2Nam-3NbmO3m+1; m = 3~6)(εr = 210~470)をベースに、第一原理計算を援用した材料設計により特性制御を実現し、Ti, Bi置換体において、当初目標値を上回る高誘電率(> 1000)を有する新規材料の開発に成功した。これにより、蓄電デバイスに好適な高誘電率(> 800)と高耐電圧(> 4 MV/cm)を併せ持つ新規材料の利用が可能となり、蓄電デバイスの高エネルギー化に向けた道筋が拓けた。さらに、典型誘電体におけるナノシート技術の適用や電極ナノシートの開発を目指し、ボトムアップ合成技術による非層状材料のナノシート化に挑戦した。その結果、BaTiO3強誘電体原子膜、高絶縁性アモルファスシリカ、白金ナノシートの精密合成など、材料合成、機能開拓において当初の研究計画において予見していなかった新たな展開がみられた。他方、デバイス面では、Ca2Nam-3NbmO3m+1ナノシートのキャパシタを作製し、蓄電デバイスの特性評価を実施した。その結果、ナノシートキャパシタでは、高誘電率化と高耐電圧化が同時に実現し、従来の高誘電体、強誘電体薄膜で到達困難な高エネルギー密度(150~270 J/cm3)を実現した。以上の研究を通し、蓄電キャパシタの開発におけるナノシート技術の有効性を確認した。さらに、蓄電デバイス製造に向けた集積加工、デバイス技術の開発も進め、高速自動製膜、ダメージフリーリソグラフィーなどの周辺技術も充実させ、2次元材料分野の発展に貢献した。
英文摘要
本研究では、次世代蓄電デバイスの開発を目指した新たな試みとして、酸化物原子膜「ナノシート」をベースとする革新的誘電材料・デバイスの開発を行う。本年度は、原子膜の材料開発、集積・デバイスにかかわる多角的な検討を行った。材料面では、高誘電性ペロブスカイトナノシート(Ca2Nam-3NbmO3m+1; m = 3~6)(εr = 210~470)をベースに、第一原理計算を援用した材料設計により特性制御を実現し、Ti, Bi置換体において、当初目標値を上回る高誘電率(> 1000)を有する新規材料の開発に成功した。これにより、蓄電デバイスに好適な高誘電率(> 800)と高耐電圧(> 4 MV/cm)を併せ持つ新規材料の利用が可能となり、蓄電デバイスの高エネルギー化に向けた道筋が拓けた。さらに、典型誘電体におけるナノシート技術の適用や電極ナノシートの開発を目指し、ボトムアップ合成技術による非層状材料のナノシート化に挑戦した。その結果、BaTiO3強誘電体原子膜、高絶縁性アモルファスシリカ、白金ナノシートの精密合成など、材料合成、機能開拓において当初の研究計画において予見していなかった新たな展開がみられた。他方、デバイス面では、Ca2Nam-3NbmO3m+1ナノシートのキャパシタを作製し、蓄電デバイスの特性評価を実施した。その結果、ナノシートキャパシタでは、高誘電率化と高耐電圧化が同時に実現し、従来の高誘電体、強誘電体薄膜で到達困難な高エネルギー密度(150~270 J/cm3)を実現した。以上の研究を通し、蓄電キャパシタの開発におけるナノシート技術の有効性を確認した。さらに、蓄電デバイス製造に向けた集積加工、デバイス技術の開発も進め、高速自動製膜、ダメージフリーリソグラフィーなどの周辺技術も充実させ、2次元材料分野の発展に貢献した。
期刊论文(83)
专著(0)
科研奖励(0)
会议论文
K(Ca1-xSrx)3Nb3TiO13ペロブスカイトの合成と剥離ナノシート化
K(Ca1-xSrx)3Nb3TiO13钙钛矿的合成和剥离成纳米片
DOI: --
发表时间: 2022
期刊:
影响因子: --
作者: [上田怜央, 小林亮, 山本瑛祐, 長田実]
通讯作者: 長田実
原子膜技術による新規環境・エネルギー材料の創製
利用原子膜技术创造新的环境和能源材料
DOI: --
发表时间: 2023
期刊:
影响因子: --
作者: [Takao Homma, Hiroshi Tanimura, Yoshitaro Nose, Yuji Sutou, Tetsu Ichitsubo, 山村和也, 長田 実]
通讯作者: 長田 実
Synthesis of Perovskite Oxynitride Nanosheets, Ca2Nb3O10-xNx, with Controlled Band Structures
能带结构可控的钙钛矿氮氧化物纳米片Ca2Nb3O10-xNx的合成
DOI: --
发表时间: 2022
期刊:
影响因子: --
作者: [Makoto Kobayashi, Hikaru Sugimoto, Eisuke Yamamoto, Minoru Osada]
通讯作者: Minoru Osada
2次元物質でつくる新しい誘電体
由二维材料制成的新型电介质
DOI: --
发表时间: 2022
期刊:
影响因子: --
作者: [Miyata Mana, Ohe Jun-ichiro, Tatara Gen, 長田 実]
通讯作者: 長田 実
78
    酸化物原子膜による革新的エピタキシー技術の創成
    • 批准号:
      23K17956
    • 项目类别:
      Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
    • 资助金额:
      $4.16万
    • 财政年份:
      2023
    • 负责人:
      長田 実
    • 依托单位:
    Creation of innovative energy storage devices using atomic layer technology
    • 批准号:
      21H04617
    • 项目类别:
      Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
    • 资助金额:
      $27.46万
    • 财政年份:
      2021
    • 负责人:
      長田 実
    • 依托单位:
    高誘電体ナノ材料のボトムアップ集積による高機能誘電体素子の創製
    • 批准号:
      20656106
    • 项目类别:
      Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
    • 资助金额:
      $2.3万
    • 财政年份:
      2008
    • 负责人:
      長田 実
    • 依托单位:
    ナノスケール光相制御技術を用いた高温超伝導体ナノ素子の開発
    • 批准号:
      18760511
    • 项目类别:
      Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
    • 资助金额:
      $2.3万
    • 财政年份:
      2006
    • 负责人:
      長田 実
    • 依托单位:
    海外基金