層状酸化物熱電変換材料のフォノン熱伝導機構の解明及びその制御指針の提案

层状氧化物热电转换材料声子热传导机理的阐明及控制指南的提出

• 批准号: 15J00489
• 负责人: 藤井 進
• 金额: $ 2.18万
• 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: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J00489/
• 关键词: 層状酸化物; 熱電変換; 熱伝導; フォノン; 計算科学; 分子動力学法; 結晶粒界; 層状Co酸化物

本研究では層状Co酸化物熱電材料に着目し，そのフォノン熱伝導機構を解明することで，熱伝導制御指針ひいては包括的な熱電性能向上指針を提案することを目的としている．最終年度では以下の3点を実施した．1. 隣接層の非調和振動により散乱されるフォノンを特定するため，NaxCoO2およびCa3Co4O9を対象に熱伝導度の周波数解析を行った．その結果，NaxCoO2ではNa層が低周波数で振動しているため低周波数域のフォノンが強く散乱され，Ca3Co4O9ではCa2CoO3層が広い周波数域で振動しているため高周波数域においてもフォノンが散乱されることが分かった．熱伝導度の低下における隣接層が果たす役割が理論面から明確になった．2. 熱伝導度を低下させる具体的な手法を提案するため，Ca3Co4O9を対象に隣接層中のCaO面の数を増加させたモデルを作成し，構造および熱伝導解析を行った．その結果，隣接層中の結合歪みを大きくするほど非調和振動性が強まり，CoO2層によるフォノン熱伝導も間接的に低減できるという熱伝導設計指針が得られた．3. 実用上の課題となる格子欠陥や配向性が熱伝導に与える影響を解明するため，MgO対称傾角粒界を対象に熱伝導解析を行った．その結果，粒界の影響は粒界近傍のみならず粒内にまで及んでおり，それゆえに熱伝導度が大きく低下することが判明した．また，80種類以上の結晶粒界を対象に熱伝導度を算出したところ，粒界構造に依存して熱伝導度が大きく変化すること，過剰体積と熱伝導度の間に強い相関があることが明らかになった．加えて，周波数解析を行った結果，粒界構造が異なっても散乱されるフォノンはあまり変化しないことが分かった．従って，過剰体積が大きく熱伝導度の小さい大傾角粒界を多く析出させることが，実材料において熱伝導度を低減させるための有効な手段と言える．

This study で は layered Co acidification に thermoelectric material content し, そ の フ ォ ノ ン hot 伝 guide institutions を interpret す る こ と で, hot 伝 guide system of imperial pointer ひ い て は including な thermoelectric performance of the proposed upward pointer を す る こ と を purpose と し て い る. In the final year, で で and the following <s:1> 3 を points will be implemented for た. 1. 隣 sockets layer の non-harmonic vibration に よ り scattered さ れ る フ ォ ノ ン を specific す る た め, NaxCoO2 お よ び Ca3Co4O9 を like に seaborne thermal 伝 conductance の cycle for parsing line を っ た. そ の results, NaxCoO2 で は が Na layer number of low-frequency で vibration し て い る た め low-frequency number field の フ ォ ノ ン が strong く scattered さ れ, Ca3Co4O9 で は Ca2CoO3 layer が hiroo い cycle number field で vibration し て い る た め high frequency number field に お い て も フ ォ ノ ン が scattered さ れ る こ と が points か っ た. The thermal 伝 conductivity is lower than the における隣 contact layer が effect たす cut が theoretical surface ら ら clear になった. 2. Low heat 伝 conductance を さ せ る specific な technique proposed を す る た め, Ca3Co4O9 を like に seaborne 隣 sockets layer of の CaO の several を raised add さ せ た モ デ ル を し consummate, tectonic お よ び hot 伝 guide line analytical を っ た. そ の results, 隣 の in sockets layer combining with slanting み を big き く す る ほ ど non-harmonic strong oscillation が ま り, CoO2 layer に よ る フ ォ ノ ン hot 伝 guide も indirect に low cut で き る と い う hot 伝 guide design the pointer が ら れ た. 3. の subject be used と な る grid owe 陥 や match to が hot 伝 guide に and え る influence を interpret す る た め, MgO style said Angle seaborne LiJie を like に seaborne thermal 伝 guide line analytical を っ た. そ の results, LiJie の influence は LiJie nearly alongside の み な ら ず intragranular に ま で and ん で お り, そ れ ゆ え に large heat 伝 conductance が き く low す る こ と が.at し た. ま た, more than 80 kinds の crystallization LiJie を like に seaborne thermal 伝 conductance を calculate し た と こ ろ, LiJie tectonic に dependent し て large heat 伝 conductance が き く variations change す る こ と, turning と volume heat 伝 conductance between の に strong い phase masato が あ る こ と が Ming ら か に な っ た. Add え て, cycle for parsing line を っ た results, LiJie が different structures な っ て も scattered さ れ る フ ォ ノ ン は あ ま り variations change し な い こ と が points か っ た. 従 っ て, turning large volume が き く small heat 伝 conductance の さ い high-angle LiJie を く more precipitation さ せ る こ と が, be material に お い て 伝 heat conductance を low cut さ せ る た め の is sharper な means と said え る.

项目成果

摂動分子動力学法による層状酸化物のフォノン熱伝導機構の解明

使用微扰分子动力学方法阐明层状氧化物中的声子热传导机制

• 发表时间: 2016
• 作者: 藤井進;吉矢真人
• 通讯作者: 吉矢真人

原子レベル計算による層状Co酸化物のフォノン熱伝導解析

使用原子级计算对层状钴氧化物进行声子热传导分析

• 发表时间: 2015
• 期刊: 日本熱電学会誌
• 作者: Susumu Fujii;Masato Yoshiya;藤井 進
• 通讯作者: 藤井 進

層状Co酸化物の低格子熱伝導度を導く非調和振動性の解析

非简谐振导致层状氧化钴晶格热导率低的分析

• 发表时间: 2015
• 作者: Susumu Fujii;Masahiro Tada;Masato Yoshiya;Hideyuki Yasuda;藤井 進
• 通讯作者: 藤井 進

酸化物粒界の微視的フォノン熱伝導とその構造相関

氧化物晶界微观声子热传导及其结构关系

• 发表时间: 2017
• 作者: 藤井進;横井達矢;吉矢真人
• 通讯作者: 吉矢真人

Systematic Calculations for Phonon Thermal Conductivity and its Underlying Mechanism in Layered Cobaltites

层状钴矿声子热导率及其机理的系统计算

• 发表时间: 2015
• 作者: Susumu Fujii;Masato Yoshiya
• 通讯作者: Masato Yoshiya