コンビナトリアルスパッタ成膜装置（COSCOS）による革新的エネルギー関連材料の開発

熱電材料グループ

後藤 真宏GOTO.Masahiro@nims.go.jp | https://samurai.nims.go.jp/profiles/GOTO_Masahiro?locale=ja

Keywords: コンビナトリアル、薄膜、熱電変換、トライボロジー、スパッタ、超格子、熱伝導ハイスループットスクリーニング、マテリアルズインフォマティックス

資源の枯渇の問題が深刻となり、再生可能エネルギー利用、ならびに、省エネルギー対策が急務と

なっております。そのためには、効率よく短期間で、材料を人工的にナノレベルで構造制御し、新規

機能性を発現させることで、新たなエネルギー・環境関連材料を創製する必要があります。

・ M. Goto et al., Applied Physics Express, （2018）, 11, 045202-1-045202-4.・ M. Goto et al., Applied Surface Science, （2017）, 407, 405-411.・ M. Goto et al., Tribology Lett., 43 (2) (2011) 155-162.

効率の良い薄膜熱電材料開発

断熱コーティング

耐熱・耐酸化低摩擦コーティング

コンビナトリアルスパッタ成膜技術を駆使し、ナノレベルで制御された新規機能性材料を創製し、新

たに発現する特異な物性をマクロレベルの現象に結び付け、エネルギー・環境関連の材料・デバイ

ス創製を目指すことにあります。

顔写真

各種評価手法の効率化

実用工業製品部材への成膜と性能試験

材料創製・評価・解析の全自動化

コンビナトリアルスパッタ成膜（COSCOS）

全自動で異なる成膜条件で複数のサンプルを作製可能効率・再現性の良いコーティングの実現各種高性能エネルギー関連材料の探索

薄膜熱電材料の研究

デバイス性能の最適化、p,n型の制御を実現

無機複合薄膜低熱伝導材料の研究

革新的トライボロジー材料の研究

【酸化物低摩擦材料】・ピエゾ効果を利用した低摩擦現象の発見

・結晶配向性制御による金属酸化物コーティングの低摩擦化

【光による低摩擦現象】分子を光励起することにより、表面の電子状態を変化させ、摩擦力制御を可能とした

【コンビナトリアルトライボロジー】荷重変化による結晶配向性連続変化と摩擦係数との相関を効率的に取得・解明

COSCOSを用いて薄膜材料中のBiナノ結晶状態を制御し、極めて熱伝導率の小さい薄膜材料を創製することに成功した

薄膜結晶構造・配向制御、ならびに、ナノ構造作製による伝熱制御・熱電変換特性向上にむけた研究

“真”環境調和型熱電変換材料の創製

熱電材料グループ

高際 良樹TAKAGIWA.Yoshiki@nims.go.jp | https://samurai.nims.go.jp/profiles/takagiwa_yoshiki?locale=ja

Keywords: 熱電変換材料，実験，計算科学，機械学習

IoT社会・低炭素社会の実現に向けた，中低温廃熱を高効率利用する技術の確立

大規模な普及に資する，ありふれた元素のみから構成される新材料開発

僅かな温度差でも発電を可能とする，化学的安定性・耐酸化性・機械特性に優れる素子

・ Y. Takagiwa, Materials Transactions, published online (2018) [Open access].・ Y. Takagiwa et al., Journal of Physics and Chemistry of Solids 118, 95-98 (2018).・ Y. Takagiwa et al., Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 131, 281-287 (2018).

温度差を利用した自立電源

中温域での未利用熱エネルギーの有効利用

フレキシブル基板を用いた曲げられる自立電源

計算科学的手法を用いた，ありふれた元素のみから構成される新材料の探索・スクリーニング

合成プロセス・材料組成の最適化による，発電特性の最大化

機械学習を用いた，新たな材料開発手法の確立

更なる発電特性の向上

高信頼性モジュール化技術の構築

システム化と実証試験

（左上図）対象化合物の結晶構造，（左下図）対象化合物の電子構造とフェルミ準位近傍に形成する狭ギャップ

（右上図）ゼーベック係数の計算値，（右下図）ゼーベック係数の温度依存性[実験]

－ 143－

エネルギー・環境材料