エネルギーハーベスティング型熱電デバイスの界面熱抵抗メカニズムの解明

阐明能量收集热电装置的界面热阻机制

基本信息

批准号：
21K03922
负责人：
田中三郎
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Nihon University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

熱電材料に用いられるビスマスおよびテルルの薄膜を高真空蒸着法により成膜し，その膜厚を触診計測装置で測定した結果，蒸着源から基板までの位置関係で数100nm（ナノメートル）であることを確認した．界面熱抵抗の計測には3オメガ法を応用して前述の表面の温度上昇を計測した結果，蒸着源からの距離によってその温度上昇が異なることを確認し，蒸着源からの距離は，105mm，110mmおよび115mmの3水準，印可周波数は100～1000Hzの範囲で実施した．蒸着源からの距離105mmで作製したサンプルの表面の温度上昇と周波数との決定係数は0.994，110mmの場合は0.994，115mmの場合は0.988であり計測範囲周波数内においては線形性が保たれており，各周波数における表面の温度上昇と蒸着源からの距離との増加率も線形的になっており，サンプル厚さに対応した熱抵抗を検出できたものと推察される．エネルギーハーベスティング型の熱電デバイスは小さな温度差により発電可能であるが，発電量が小さいことに加え定常状態における温度差を確保することが困難である．そこで，本研究では温度差の確保を軸にした熱電デバイスを作製して，熱電デバイスの性能と界面熱抵抗との関係を調査している．熱電デバイスの温度差確保には熱伝導率が低い材質に設置して，高温熱源に設置することで発電可能な熱電デバイスを設計している．現在までにアルミナ基板上に成膜したサンプルを用いて，薄膜熱伝導率の計測手法である3オメガ法を用いて界面熱抵抗の指標として用いる表面の温度上昇を計測し，その結果が膜厚により異なっていることを確認できた．また，フレキシブル基板に作製した熱電素子を用いた熱電デバイスの試作を進めており，その性能評価を実施する予定である．

通过高真空沉积沉积在热电材料中使用的二晶片和牙花腔的薄膜，并使用触发测量装置测量膜厚度，并证实该膜与从沉积源到sidstrate的位置关系相关的几个100 nm（纳米）。使用3-员点方法测量表面的上述温度升高，以测量表面的温度升高，结果，人们确认温度升高取决于距沉积源的距离。距沉积源的距离为105mm，110mm和115mm，所应用的频率在100至1000Hz的范围内。确定在距沉积源105 mm的距离距离的温度升高和频率的系数为0.994，为110毫米的温度升高和0.994，为115毫米的温度升高和0.994，为115毫米的温度升高和0.988，在测量范围内保持线性性，在测量范围内保持线性性，并且在每个频率的频率上增加了频率的增加速率，并且可以对固定频率的增加，以使其均可示例，以使其示例均可示例，以使其示例范围可示例，以使其可示例范围。通过较小的温度差异，热电设备收集热电设备可以发电，但是除了产生少量的电力外，还难以确保稳态的温度差异。因此，在这项研究中，我们制造了热电设备，重点是确保温度差异并研究热电设备的性能与界面热阻力之间的关系。为了确保热电设备之间的温度差异，热电设备设计为安装在具有低导热率的材料中，可以安装在高温热源中以发电。迄今为止，使用在氧化铝底物上形成的样品测量表面的温度升高，用作界面热电阻的指数，使用3-欧洲棒法，一种测量薄膜导热率的方法，并确认结果取决于膜的厚度。我们还使用在柔性基板上制造的热电元件来制作原型热电设备，我们计划评估这些设备的性能。