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Independent control of electron and phonon by zero or one dimensional nanostructures for high-performance transparent thermoelectric materials

零维或一维纳米结构对电子和声子的独立控制用于高性能透明热电材料

基本信息

批准号：
17J00328
负责人：
石部貴史
金额：
$ 1.22万
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：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、酸化亜鉛（ZnO）ナノワイヤをZnO膜中に導入することで、ナノワイヤ界面でのフォノン散乱増大による熱伝導率の低減、及び低次元構造による出力因子の増大を同時実現することにある。昨年度、ナノワイヤを導入した“ZnOナノワイヤ埋め込み構造”とナノワイヤを含まない“ZnO膜”の出力因子を比較した。結果、ナノワイヤを導入することで、ZnO膜と比較してゼーベック係数の大幅な増大を観測し、出力因子を2倍以上増大することに成功した。今年度は、1上記、出力因子増大機構の解明、2ナノワイヤ導入による熱伝導率低減効果の実証を行った。以下、具体的内容を述べる。1出力因子増大機構の解明。　低温下（70-300 K）における移動度、ゼーベック係数の温度依存性の結果、キャリア輸送は界面に律速されており、その界面では、20 meV程度のエネルギー障壁が存在することが明らかになった。TEM-EDX観察の結果、ナノワイヤはコアシェル構造を有し、そのコアとシェルの界面はエピタキシャル界面であることが確認され、そこでは、局所的なZn濃度の減少が観測された。このZnドーパント濃度変調されたコアシェル界面が作るエネルギー障壁により、ゼーベック係数が増大し、出力因子増大が実現されたと考えられる。2 ナノワイヤ導入による熱伝導率低減効果の実証。ナノワイヤ面密度: 1×109 cm-2程度のナノワイヤを導入した“ZnOナノワイヤ埋め込み構造”とナノワイヤを含まない“ZnO膜”の熱伝導率を比較したところ、それぞれ17.5 Wm-1K-1、21.3 Wm-1K-1と測定された。この結果、ナノワイヤを導入することで、約20 %の熱伝導率低減に成功した。これは、ナノワイヤと膜の界面でのフォノン界面散乱が促進されたことによると考えられ、戦略通り、出力因子増大と同時に熱伝導率低減にも成功したと言える。

The purpose of this study is to introduce the acidified lead (ZnO) into the ZnO film and the interface of the acidified lead (ZnO). The reduction of the thermal conductivity of the scattered large-scale ォノン and the large-scale output factor of the low-dimensional structure appeared at the same time. Last year, the introduction of "ZnO ナノワイヤめ込み structure" and the とナノワイヤをcontaining まない "ZnO film" were compared. Result, Ninth film introduction system, ZnO film and comparison system The number of large increases has been measured, and the output factor has been increased by more than 2 times, which has been successful. This year, 1, the output factor increase mechanism is explained, and 2, the thermal conductivity reduction effect of the introduction of ナノワイヤ is confirmed. The specific contents are described below. 1Explanation of the mechanism for increasing the output factor.における mobility at low temperature (70-300 K), results of temperature dependence of ゼーベック coefficient, キャリアtransportation interface にtemperature speed されており, そのinterface では, 20 The meV degree is the existence of the barrier and the existence of the barrier. TEM-EDX observation results, ナノワイヤはコアシェル structure and interface, そのコアとシェルの interface The エピタキシャル interface is used to confirm the され, そこでは, and the reduction of the Zn concentration at the station is measured.このZnドーパントdensity adjustmentされたコアシェルInterfaceが为るエネルギーBarrierにThe より, ゼーベック coefficient has increased, the output factor has increased, and the output factor has increased. 2 Proof of the thermal conductivity reduction effect of the introduction of Nanotech.ナノワイヤarea density: 1×109 cm-2 degree のナノワイヤを imported した "ZnO ナノワイヤbury め込み structure" とナノThe thermal conductivity of the "ZnO film" contained in the ワイヤをComparison of したところ、それぞれ17.5 Wm-1K-1, 21.3 Wm-1K-1 is measured. As a result, the introduction of することで into the ナノワイヤを successfully reduced the thermal conductivity by about 20%.これは, ナノワイヤと film の interface でのフォノン interface scattered が promotion されたことによるとThe success of the test and strategy, the increase of the output factor and the reduction of the thermal conductivity at the same time are the success of the test.