ナノサイズ領域の独立閉気孔構造によるフォノン熱伝導の特異的低減

通过纳米级区域的独立闭孔结构特异性降低声子热传导

• 批准号: 20656105
• 负责人: 大瀧 倫卓
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-20656105/
• 关键词: 熱伝導率; 多孔体; フォノン散乱; 熱電変換; 酸化物熱電材料; 酸化亜鉛; ナノコンポジット構造

断熱材として広く用いられている多孔質材料の有効熱伝導率については、多くの推算式が提案されているが、気孔率の小さい範囲(<30%)では、いずれの場合も有効熱伝導率は気孔率に比例してほぼ直線的に減少する。しかし我々は、100nmオーダーの微細閉気孔を導入したナノ多孔質ZnOでは気孔率が10%程度でも有効熱伝導率は最大30%程度低下することを見出した。しかし、ナノ細孔の導入には、空孔形成材料としてポリメタクリル酸メチル(PMMA)粒子を添加して焼結しているため、PMMA粒子の凝集などにより粗大気孔も生成し、再現性も悪い。そこで本年度は、1)PMMA粒子の分散性向上を目的として、各種の界面活性剤を添加して分散剤としての効果を検討すると共に、2)ほぼ単分散のナノ細孔から成るメソポーラスシリカMCM-41の細孔構造を保持したまま焼結することにより、均一なナノ細孔を有するバルク体を合成して、熱伝導率との関係を実験的に検討した。1) 空孔形成材料として用いる粒径150nmのPMMA粒子を水に分散させ、前年度に用いた非イオン性界面活性剤のTriton X-100以外に、カチオン性界面活性剤セチルトリメチルアンモニウムブロミド(CTAB)、アニオン性界面活性剤ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)を種々の濃度で添加し、所定時間攪拌、静置した後に、動的光散乱法で粒径分布を測定した。最も単分散に近い粒径分布を示したのはTriton X-100添加試料であり、非イオン性界面活性剤の優位性が確認された。2) MCM-41の焼結体は、焼結温度800℃以上では細孔構造が消失したが、焼結温度700℃では、MCM-41自体とは異なるものの、20nm程度の周期的細孔構造が認められた。焼結体の熱伝導率は、気孔率が10~30%程度でも緻密体の40~60%程度まで大きく減少しており、粗大気孔を持たないナノ多孔体が特異な熱伝導率低減効果を発現することが立証された。

已经提出了许多关于多孔材料的有效导热率的估计方程，这些材料被广泛用作绝缘材料，但在小孔隙率（<30％）的范围内，在任何情况下，有效的导热率几乎与孔隙率成比例地降低。但是，我们发现纳米多孔ZnO中有效的导热率最高30％，该纳米多孔ZnO已在100 nm的订单上引入了精细的闭合孔。然而，在引入纳米孔时，将甲基丙烯酸甲酯（PMMA）颗粒添加到烧结中作为空置形成材料，因此由于PMMA颗粒的聚集而产生粗孔，并且可重复性较差。因此，今年，我们研究了分散剂的效果1）添加各种表面活性剂以提高PMMA颗粒的分散性，以及2）烧结，同时保留了中孔硅胶MCM-41的孔结构，这些硅酸盐MCM-41几乎由单一含量纳米孔组成，以使其与单一的单体体和实验性的nanopores和实验相结合，并将其合成。 1）粒径为150 nm的PMMA颗粒被分散在水中，除了上一年使用的非离子表面活性剂Triton X-100外，阳离子表面活性剂c替酰甲基三乙基甲基铵溴铵（CTAB）和阴离子表面含量分别为SODIFAIM SODIFIER SOTIDIEN（STS）均匀（SD）均匀（SDS）。剩下的时间为指定的时期，然后通过动态光散射来测量粒径分布。 Triton X-100添加的样品显示出与单分散的最接近的粒径分布，并确认了非离子表面活性剂的优势。 2）MCM-41烧结体的孔结构在800°C或更高的烧结温度下消失，但在700°C的烧结温度下，观察到约20 nm的周期性孔结构，尽管它与MCM-41本身有所不同。即使孔隙率约为10-30％，烧结体的导热率也会显着降低至约40-60％的致密体，并且已证明没有粗孔的纳米孔体显示出降低导热性的独特作用。

项目成果

ポリマー微粒子によるZnO系酸化物のナノ多孔質化と熱電変換特性

利用聚合物颗粒和热电转换特性形成 ZnO 基氧化物的纳米孔

• 发表时间: 2009
• 作者: 山本五郎;大瀧倫卓
• 通讯作者: 大瀧倫卓

ペロブスカイト型酸化物熱電材料における熱伝導率の低減と置換サイト依存性

降低钙钛矿型氧化物热电材料的热导率和取代位点依赖性

• 发表时间: 2009
• 作者: 菅原徹;大瀧倫卓
• 通讯作者: 大瀧倫卓

Anomalous Reduction in the Thermal Conductivity of Peroskite-type Oxide with Structural Phase Transition

结构相变导致钙钛矿型氧化物热导率异常降低

• 发表时间: 2009
• 作者: 大瀧倫卓;寺岡忍
• 通讯作者: 寺岡忍

Aサイト置換したダブルペロブスカイト型酸化物Sr_<2-x>_Ba_x_FeMoO_6の結晶構造と高温熱電特性

A位取代双钙钛矿氧化物Sr_<2-x>_Ba_x_FeMoO_6的晶体结构及高温热电性能

• 发表时间: 2009
• 作者: 菅原徹;大瀧倫卓
• 通讯作者: 大瀧倫卓

Thermoelectric Properties of Double Perovskite-type Oxides : Role of A- and B-site Cations in the Perovskite Structure on the Thermal Conductivity

双钙钛矿型氧化物的热电性能：钙钛矿结构中 A 位和 B 位阳离子对热导率的作用

• 发表时间: 2009
• 作者: 大瀧倫卓;菅原徹
• 通讯作者: 菅原徹