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かご状構造を持つ熱電半導体を用いた新奇なエネルギー散逸機構の発現・制御の検討

笼状结构热电半导体新型能量耗散机制的开发与控制研究

基本信息

批准号：
20K05133
负责人：
赤井光治
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Yamaguchi University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

熱電変換では、金属や半導体に温度勾配を付けることで、キャリアが熱拡散を起こし電流を生じさせる。結果的に、温度差による熱の流れが電力に変換される技術である。一方で材料に温度差が付くと、キャリアによる伝導のみならず、格子振動などの電荷の移動を伴わない熱伝導機構が存在し、そのようなエネルギー伝導は熱電発電にとっては何の役にも立たない。本研究ではカゴ状構造を持つクラスレート半導体に注目している。クラスレート半導体はカゴに内包される原子とホスト格子間で電子の移動があり、内包イオンとホスト格子イオンと言うイオン結晶的な概念を持つジントル化合物として知られる。この内包イオンとホスト格子上のキャリアとの相互作用に注目し、選択的に格子内キャリアから内包イオンにエネルギー流ができることで、効率的なキャリア拡散機構の可能性を調べてきた。特に、この機構において重要となるのが、どのようにしてエネルギー流を起こすのかである。ここでは、ゲストイオンの非調和的な振動（ラットリング）による、イオンからの熱放射により、ゲストイオン系が冷却されることで、キャリアの熱拡散を起こす、冷却機構に焦点を合わせた。昨年度までの研究により、この非調和振動による熱放射により、室温において内包原子あたり、4E-25Wのエネルギーを放出する。これは、表面積1平方cmあたり2μWに相当し、比較的大きな熱放射を生む可能性が得られた。更に、振動の非調和性を適切に扱う近似方法により、現状の見積が過小評価となっている可能性が得られていた。そこで、今年度は、その非調和効果の検証および従来の扱いが古典的な扱いであったため、量子効果の影響について行った。その結果、振動には非調和性が強く影響するが、熱放射に関しては、その非調和性の効果は小さく、量子効果の影響も小さいことが明らかとなった。

Thermoelectric conversion, metal and semiconductor temperature matching, heat dissipation, current generation As a result, the temperature difference, heat flow and power conversion technology The temperature difference between materials in one direction is due to the existence of thermal conduction mechanisms, such as thermal conduction, lattice vibration, charge movement, thermal conduction, thermal conduction In this paper, we focus on the semiconductor structure. The concept of "crystal" in semiconductor is to keep the atom inside the crystal and the electron inside the crystal. The interaction between the inner packet and the grid is focused on, and the probability of the dispersion mechanism is adjusted. The organization is very important. The non-harmonic vibration of the cooling mechanism is caused by the heat emission of the cooling mechanism. In the past year's research, there have been studies on thermal radiation, room temperature, and 4E-25W radiation. The surface area of 1 square cm is equivalent to 2μW, and the possibility of thermal radiation is relatively large. In addition, the vibration of the appropriate approximation method, the current situation of the product is too small to comment on the possibility of This year, we have the effect of non-harmonic effect of the proof of the classical, quantum effect of the impact of the action. As a result, it is clear that the effects of vibration and non-harmonicity are strong, but the effects of heat emission are small, and the effects of quantum effects are small.