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結晶性シリコンナノチューブの作製およびその熱電特性計測

晶体硅纳米管的制备及其热电性能的测量

基本信息

批准号：
26790013
负责人：
荒正人
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-26790013/
关键词：
シリコンナノチューブ水熱合成熱電材料

项目摘要

本研究は、高温高圧下での水中での反応手法(水熱合成法)を用いて、内部に中空構造を有する結晶性シリコンナノチューブ(SiNTs) の作製手法を確立するとともに、SiNTsへの不純物ドーピングや構造制御を行なうことで電気伝導率の向上および熱伝導率を制御し、その熱電変換素子としての可能性を探求することを目的とする。中空構造であるSiNTsはバルクシリコンや代表的なシリコン系ナノ材料であるシリコンナノワイヤーに比べ熱伝導率が低いという理論計算の結果が報告されており、優れた特性を有する熱電変換材料の創製が期待できる。本年度は主に水熱合成法による結晶性SiNTsの作製手法の確立を目的として研究を行なった。作製した試料を透過電子顕微鏡等で観察した結果、水熱合成法による結晶性SiNTsの構造と形成メカニズムについての知見が得られた。得られたSiNTsはカーボンナノチューブやグラフェンのようなsp2混成軌道に基づく構造ではなくsp3混成軌道に基づくダイヤモンド構造であることがわかった。本手法におけるSiNTsの形成メカニズムとしては、SiNTsは水中のバブルもしくは容器中の水滴を核として成長した可能性が考えられた。様々な条件下での作製実験の結果、昇温により蒸発した水が凝縮することで生じた水滴を核とした成長である可能性が高いことが示唆された。この手法はシリコン以外の元素を材料とした中空ナノチューブの作製にも応用が可能であると考えられる。

This study aims to establish the working methods of crystalline SiNTs (SiNTs) in water under high temperature and high pressure (hydrothermal synthesis), and to explore the possibility of controlling the conductivity of electrical and thermal conductivity of SiNTs by structural control. The hollow structure of SiNTs is represented by a series of thermoelectric materials. The results of theoretical calculations are reported. The thermoelectric materials are expected to be created with excellent thermal conductivity. This year, the main hydrothermal synthesis method for crystalline SiNTs was established. The structure and formation of crystalline SiNTs were observed by electron microscopy and hydrothermal synthesis. The structure of the base structure of the sp2 hybrid orbit is similar to that of the sp3 hybrid orbit. The formation of SiNTs in this method is discussed in detail. Under these conditions, the results of the operation, the temperature rise, the evaporation, the condensation, the formation of water droplets, the growth of water droplets, the possibility of water droplets. The method of making materials other than silicon is not feasible.