Meta-phononics of disordered solid system including mass transport

无序固体系统的元声学（包括质量传递）

• 批准号: 22H04950
• 负责人: 塩見 淳一郎
• 金额: $ 122.22万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-27 至 2027-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22H04950/
• 关键词: 不秩序構造; フォノン輸送; 質量輸送; ナノ構造; メタフォノニクス

静的な不秩序系の研究については、均一的な窒化シリコン系の非晶質材料を主な対象として、コンビナトリアルスパッタ成膜によって様々な組成や構造を有する試料を作製し、熱伝導率の評価を行った。その中で、重元素を添加すると、非晶質構造でも伝播するフォノンモードであるPropagonが散乱され得ることを見出した。さらなる展開を見据えて、数百nm厚レベルのナノ構造制御材料を実現するべく、コンビナトリアルスパッタ成膜とパルスインジェクションを組み合わせた新規概念の実験装置を開発した。グラファイトに塩化マンガンと塩化鉄を同時にインターカレーションする方法を偶然見出し、この複合的なインターカレーションによって面直方向の熱伝導率を大きく低減することに成功した。微細構造解析により、多くの観察箇所で３層毎に分子層が１層導入されるStage3構造を有し、導入層の多くが塩化マンガンから成り、それ以外は頻塩化鉄から成ることが明らかになった。フォノン気体運動論モデルから、面直方向のフォノンの実効平均自由行程が層間距離の数倍まで小さくなっていることが分かった。動的な不秩序系の研究については、グラファイトや六方晶窒化ホウ素ナノチャネルにおけるフォノンと水流動の相互作用を検証するための、グラフェンの加工や転写などの2次元材料ナノチャネルの作製工程を確立した。加工の際、電子線描画などのプロセスを洗練させて効率的ナノ構造作製を可能にした。グラファイトや六方晶窒化ホウ素界面における水の構造を解明するために、和周波発生分光測定を試行した。これらの現象の数値解析系を整備するべく、固体薄膜に挟まれた有機分子膜の熱輸送特性を分子動力学シミュレーションによって解析した。特に有機分子の構造や動的挙動による影響を明らかにするため、有機分子密度や薄膜間圧力を変化させた計算系により界面熱輸送特性を分析した。

对于静态无序系统的研究，我们主要关注均质氮化硅基非晶材料，利用组合溅射技术制备了各种成分和结构的样品，并评估了它们的导热率。其中，他们发现，当添加重元素时，即使在非晶结构中也能传播的声子模式Propagon也可以被散射。着眼于进一步发展，我们开发了一种新概念实验装置，将组合溅射和​​脉冲注入相结合，以实现厚度为数百纳米的纳米结构控制材料。他偶然发现了一种将氯化锰和氯化铁同时插层到石墨中的方法，并成功地通过这种复杂的插层大大降低了垂直方向的导热系数。显微结构分析表明，大多数观察点具有每三层引入一个分子层的第三阶段结构，并且引入的层大部分由氯化锰组成，其余由聚合氯化铁组成。从声子气体动力学模型发现，垂直方向声子的有效平均自由程比层间距离小数倍。为了研究动态无序系统，我们建立了二维材料纳米通道的制造工艺，包括石墨烯加工和转移，以检查石墨和六方氮化硼纳米通道中声子和水流的相互作用。在加工过程中，他们改进了电子束光刻等工艺，使得有效地创建纳米结构成为可能。为了阐明石墨和六方氮化硼界面处水的结构，我们尝试了和频发生光谱。为了开发针对这些现象的数值分析系统，我们使用分子动力学模拟分析了夹在固体薄膜之间的有机分子膜的热传输特性。特别是，为了阐明有机分子的结构和动态行为的影响，我们使用改变有机分子密度和薄膜间压力的计算系统分析了界面传热特性。

项目成果

準安定ゲルマニウムの強化された熱電性能

增强亚稳态锗的热电性能

• 发表时间: 2022
• 作者: 孟 涵;邵 成;生駒 嘉史;河野正道;塩見 淳一郎
• 通讯作者: 塩見 淳一郎

Quest for manipulating heat by complex nanostructures

寻求通过复杂的纳米结构操纵热量

• 发表时间: 2022
• 作者: 熊谷 晴;菊川 豪太;Junichiro Shiomi
• 通讯作者: Junichiro Shiomi

有機分子接合した固体接触界面における熱輸送特性の解析

有机分子键合固体接触界面的热传输特性分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 熊谷 晴;菊川 豪太
• 通讯作者: 菊川 豪太

エネルギー材料DXの研究事例と展望

能源材料DX研究实例及展望

• 发表时间: 2023
• 作者: 塩見淳一郎;松田翔一;津田宏治
• 通讯作者: 津田宏治

Directional heat conduction in nanotube and nano-cellulose assemblies

纳米管和纳米纤维素组件中的定向热传导

• 发表时间: 2022
• 作者: Harsh Chandra;Yijia Wu ;Masato Ohnishi ;Bin Xu ;Hideaki Tanaka;Yuki Kanazawa;Suguru Noda;Junichiro Shiomi;Junichiro Shiomi
• 通讯作者: Junichiro Shiomi