フォノンドラッグ効果を利用した高効率ナノ構造化熱電変換材料の開発

利用声子拖曳效应开发高效纳米结构热电转换材料

• 批准号: 16J09152
• 负责人: 三浦 飛鳥
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J09152/
• 关键词: 熱電変換; フォノンドラッグ効果; スピンゼーベック効果; ゼーベック効果; 熱伝導; ナノ構造

基礎材料をイットリウム鉄ガーネット(YIG)として，結晶粒径を系統的に変化させたバルク焼結体を作製し，Pt/YIG/Pt系に対して10 Kから300 Kの温度域でスピンゼーベック起電力と熱伝導率の温度依存性の測定および比較を行った．なお，試料の作製に関してはナノ粒子の作製には遊星型ボールミル，焼結には放電プラズマ焼結機を用いた．また，熱伝導率測定には定常法を用い，ゼーベック係数はPt/YIG/Pt試料の上下面をサファイア基板で挟み込んだ系に対してヒーターを用いて温度差を印加して測定した．平均粒径が2.25 μmおよび0.55 μmであるバルク焼結体を作製し，単結晶および平均粒径が20.0 μmである市販多結晶体の熱伝導率およびスピンゼーベック起電力を比較した．ナノ構造化により熱伝導率およびスピンゼーベック起電力ともに単結晶に比べ低下した．また，粒径の減少とともに両者は低下し，熱伝導およびスピンゼーベック効果に寄与するフォノンおよびマグノンの粒界散乱を系統的に確認した．加えて，スピンゼーベック起電力のナノ構造化による低減率は熱伝導率に比べ大きく，これはスピンゼーベック効果に寄与するマグノンおよびフォノンの輸送特性長が熱伝導に寄与するフォノンに比べ長いためと考えられる．なお，この結論はスピンゼーベック起電力および低温での熱伝導率の磁場依存性の測定結果から導かれるものと一致していた．また，単結晶の場合熱伝導率とスピンゼーベック起電力には強い正の相関があることが確認されたが，適切なナノ構造化により熱伝導率とスピンゼーベック起電力の相関を弱めることができることが分かった．このため，ナノ構造化を用いて熱伝導率とスピンゼーベック起電力を独立に制御し熱電変換効率を向上できる可能性を示した．以上の成果をPhysical Review Materials誌にて発表した．

The base material is YIG (YIG), and the crystal particle size is systematically changed to produce sintered bodies. Pt/YIG/Pt system is suitable for temperature range from 10 K to 300 K. The temperature dependence of thermal conductivity is measured and compared. The preparation of the sample is related to the preparation of the particles, the preparation of the particles, the sintering of the particles, and the use of the sintering machine. The thermal conductivity was measured by the constant method, and the coefficient of Pt/YIG/Pt was measured by the temperature difference between Pt/YIG and Pt. The average particle size is 2.25 μm and 0.55 μm. The thermal conductivity of the sintered body is compared with that of the single crystal and the average particle size is 20.0 μm. The thermal conductivity of the structure is too high to be high. The size of the particles is reduced and the thermal conductivity of the particles is reduced. In addition, the transmission characteristics of heat conduction and thermal conductivity are longer than those of heat conduction and thermal conductivity, which are higher than those of heat conduction and thermal conductivity. The magnetic field dependence of thermal conductivity at low temperatures is consistent with the measured results. In the case of crystallization, the thermal conductivity is determined by the correlation between the electric power and the positive electric power. The possibility of thermal conductivity and thermal conductivity in structural applications is demonstrated by the independent control of electrical power and thermal conductivity. The above results were published in Physical Review Materials.

项目成果

Study on thermal conductivity and spin Seebeck effect in nanostructured bulk YIG

纳米结构块体YIG热导率和自旋塞贝克效应研究

• 发表时间: 2016
• 作者: Asuka Miura;Takashi Kikkawa;Ken-ichi Uchida;Ryo Iguchi;Eiji Saitoh;Junichiro Shiomi
• 通讯作者: Junichiro Shiomi

HPT加工にて作製したバルクシリコンの熱電特性

HPT 工艺制备块体硅的热电性能

• 发表时间: 2017
• 作者: Asuka Miura;Takashi Kikkawa;Ryo Iguchi;Ken-ichi Uchida;Eiji Saitoh;Junichiro Shiomi;小西 翔太，柏木 誠，三浦 飛鳥，塩見 淳一郎;河野 正道，川脇 秀一，SIVASANKARAN Harish，三浦 飛鳥，生駒 嘉史，高田 保之
• 通讯作者: 河野 正道，川脇 秀一，SIVASANKARAN Harish，三浦 飛鳥，生駒 嘉史，高田 保之

多孔質シリコン粒子を用いた熱電材料の開発

使用多孔硅颗粒开发热电材料

• 发表时间: 2017
• 作者: Asuka Miura;Takashi Kikkawa;Ryo Iguchi;Ken-ichi Uchida;Eiji Saitoh;Junichiro Shiomi;小西 翔太，柏木 誠，三浦 飛鳥，塩見 淳一郎
• 通讯作者: 小西 翔太，柏木 誠，三浦 飛鳥，塩見 淳一郎

ナノ構造科バルクシリコンの熱伝導率およびフォノンドラッグ効果の粒径依存性

纳米结构体硅的热导率和声子拖曳效应的粒径依赖性

• 发表时间: 2016
• 作者: Asuka Miura;Takashi Kikkawa;Ken-ichi Uchida;Ryo Iguchi;Eiji Saitoh;Junichiro Shiomi;三浦 飛鳥，内田 健一，塩見 淳一郎
• 通讯作者: 三浦 飛鳥，内田 健一，塩見 淳一郎

ナノ構造科バルク熱電材料の熱伝導率およびフォノンドラッグ効果のサイズ依存性

纳米结构体热电材料的热导率和声子拖曳效应的尺寸依赖性

• 发表时间: 2016
• 作者: Asuka Miura;Takashi Kikkawa;Ken-ichi Uchida;Ryo Iguchi;Eiji Saitoh;Junichiro Shiomi;三浦 飛鳥，内田 健一，塩見 淳一郎;三浦 飛鳥，内田 健一，塩見 淳一郎
• 通讯作者: 三浦 飛鳥，内田 健一，塩見 淳一郎