Variable Thermal Conduction Devices by Intercalation into Oxide Materials

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本研究では、熱伝導可変物質を活用し熱スイッチを試作する。最終的には熱伝導可変物質とイオン供給層を積層させ、イオンが移動する程度に電圧を短時間印加することで、高熱伝導状態（on）と断熱状態（off）を切り替える。また、ペルチエ、蓄熱材と熱スイッチを組み合わせることで、熱制御のための基本的な熱デバイス動作を実現する。当該年度においては、その基本物質、基本構造として、ホスト非晶質酸化物へのイオン挿入・脱離による熱伝導率変化を確認し、非晶質における熱伝導率変化のメカニズム解明と機能設計のための指導原理の確立を行うことを目的とした。ホスト物質してWO3を選び、そこにH、Liを挿入イオンとし、イオン挿入・脱離実験とそれによる熱伝導率変化の測定を行った。酸化物はスパッタリングで成膜、イオン挿入・脱離は電解液中もしくは固体電解質から電気化学的に行った。薄膜は、本研究では主に非晶質を対象とするが、メカニズム解明のため結晶のものも用意した。成膜温度、もしくは成膜後の熱処理で結晶性を制御した。また、熱伝導率変化のメカニズムを解明する。本研究では非晶質の熱伝導率変化は、クラスター構造とクラスター間の結合状態が重要であると予測し、これらをラマンスペクトル測定により解明を試みた。その結果、わずかではあるが構造変化にともなうピーク変化が観察された。これは、結晶構造の変化、もしくはアモルファスの結晶化に伴うものであった。また、熱スイッチ固体素子の基本構造のプロトタイプ作製と機能の実証を行った。