酸化物熱電変換材料の転位による熱伝導低減機構の解明及びその制御指針の提案

阐明氧化物热电转换材料中位错引起的热传导降低机制并提出控制指南

• 批准号: 22KJ2195
• 负责人: 関本 渉
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2195/
• 关键词: 酸化物; 転位; 熱伝導; フォノン; 熱電変換; 計算科学; 分子動力学法

本研究では、結晶・転位構造が比較的単純で理解が容易となるMgO等のモデル材料を対象に、実際の転位組織の影響の解析に先んじて孤立転位が熱伝導に与える影響を理論計算により詳らかに解明することを試みる。本年度では大別して以下の3点を行った。1. 熱伝導特性と配位環境変化の関係を検討し、格子熱伝導度に対する縦波・横波等のフォノンモードそれぞれに対し、様々な孤立した静的な転位が原子レベルでのフォノン熱伝導に与える影響の解明を試みた。その結果、転位芯や弾性ひずみがそれぞれ異なるモードのフォノン伝導を抑制していることが明らかになった。これにより、転位による個別フォノンモードを散乱機構が示唆され、孤立転位周りの熱伝導に関する理解が深まった。2. 実材料のような転位が入り乱れた組織の解析に先んじて、転位同士の相対的な位置関係のみを変化させた単純な転位組織をモデリングし、転位同士の相互作用、すなわち原子間結合の更なる歪みや転位の相対的な安定性等が格子熱伝導度に与える影響の解析を試みた。この際、転位同士の相対的な位置関係の変化による原子環境変化とフォノン特性の関係にも焦点を当てた。その結果、材料中に転位が均一に分布し転位による歪み場の分散が最大となる組織が熱伝導度を最も抑制することが明らかになった。このように、格子熱伝導度を低減するために有効な転位配置が明らかになりつつある。3. より現実的な転位組織が格子熱伝導機構に与える影響の検討のために、キンク転位をモデリングし、キンク転位中の刃状・らせん各成分が格子熱伝導度に与える影響の解析を試みた。その結果、各成分の変化による局所構造の変化、あるいは結合ひずみに起因して格子熱伝導度が低減することが分かった。これにより、現実の転位組織が格子熱伝導度に与える具体的な影響の理解がより深まった。

This study で は, crystallization, planning a tectonic が compare 単 pure で understand が easy と な る MgO style such as の モ デ を ル materials like に seaborne, be interstate の planning an organization の effect の resolution に ん first じ て isolated planning が hot 伝 guide に and え る influence を theoretical calculation に よ り detailed ら か に interpret す る こ と を try み る. For the current year, で で is a large number of を lines った below て. 1. Hot 伝 guide features と ligand environmental variations の masato is を beg し 検, lattice thermal 伝 conductance に す seaborne る 縦 wave, shear wave and so on の フ ォ ノ ン モ ー ド そ れ ぞ れ に し, others in seaborne 々 な isolated し た static な planning a が atomic レ ベ ル で の フ ォ ノ ン thermal 伝 guide に and え る influence の interpret を try み た. そ の results, planning a core や 弾 sex ひ ず み が そ れ ぞ れ different な る モ ー ド の フ ォ ノ ン 伝 guide を inhibit し て い る こ と が Ming ら か に な っ た. こ れ に よ り, planning に よ る individual フ ォ ノ ン モ ー ド を scattered institutions が in stopping さ れ, isolated planning a week り の hot 伝 guide に masato す deep ま る understand が っ た. 2. Be material の よ う な planning a が into り disorderly れ た organization の parsing に ん first じ て, planning with James の な position of seaborne masato is の み を variations change さ せ た 単 pure な planning an organization を モ デ リ ン グ し, planning with James の interaction, す な わ ち between atoms combine の more な る slanting み や planning a の phase な stability of seaborne が lattice thermal 伝 conductance に and え る effect の resolution を try み た. The な position opposite the 転 position is related to the による atomic environment of the による atomic environment, the とフォノ <s:1> characteristic <e:1> is related to the に <s:1> focus を when てた. そ の に in results, material planning a し が に uniform distribution planning a に よ る slanting み scattered field の が biggest と な る organization が 伝 heat conductance を most も inhibit す る こ と が Ming ら か に な っ た. Hot 伝 こ の よ う に, grid low conductance を reduction す る た め に have sharper な planning a configuration が Ming ら か に な り つ つ あ る. 3. よ り な now be planning an organization が lattice thermal 伝 に guide mechanism and え る influence の beg の 検 た め に, キ ン ク planning a を モ デ リ ン グ し, キ ン ク の blade shape, in planning a ら せ ん each component 伝 heat conductance に が grid and え る effect の resolution を try み た. そ の results, each component の variations change に よ る の bureau structure variations, あ る い は combining ひ ず み に cause し て lattice thermal 伝 low conductance が reduction す る こ と が points か っ た. こ れ に よ り, now be の planning organization 伝 heat conductance に が grid and え る specific な influence の understand が よ り deep ま っ た.

项目成果

転位コア近傍の非調和原子振動と格子熱伝導

位错核附近的非简谐原子振动和晶格热传导

• 发表时间: 2022
• 作者: 関本渉;藤井進;吉矢真人
• 通讯作者: 吉矢真人

MgO転位近傍における格子熱伝導のフォノンモード依存性

MgO 位错附近晶格热传导的声子模式依赖性

• 发表时间: 2022
• 作者: 関本渉;藤井進;吉矢真人
• 通讯作者: 吉矢真人

関本渉個人ページ

关本涉个人页面

摂動分子動力学法を用いたMgO転位近傍の原子配位がフォノン熱伝導に与える影響

使用微扰分子动力学方法研究 MgO 位错附近的原子配位对声子热传导的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 関本渉;藤井進;吉矢真人
• 通讯作者: 吉矢真人

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