高性能な断熱特性を有するBi/Si複合材料の構造断面TEMイメージ
物質・材料研究機構（NIMS）は2018年7月4日、材料開発などに情報科学を応用するマテリアルズ・インフォマティックス（MI）を活用し、世界最小の熱伝導率を持つ無機複合薄膜材料を開発したと発表した。データ科学で予測された材料を実験で合成することで、短期間で高性能な新規断熱材料の発見に成功した。
断熱材料は、エネルギー有効利用の観点から幅広く利用されている。最近では、自動車エンジンの燃焼室側壁やピストンへの断熱コーティングなどに向け、より高性能なものが期待されている。高性能断熱材料の実現のためには、多くの候補物質の中から、熱伝導を低減する組み合わせを見出し、その界面構造をナノレベルで制御した合成を効率よく行う必要がある。
今回、NIMSの研究チームは、アンサンブル回帰木と呼ばれる機械学習の手法を用いて、2000種以上の材料の組み合わせから、熱伝導率が低くなる組み合わせを予測。さらに、構造を変えながら複数の薄膜を全自動で作製できる独自開発の装置を利用し、予測された材料の組み合わせのナノ構造を変化させて熱伝導率との相関を網羅的に探索した。
その結果、アモルファスシリコン中にビスマスの微結晶を散りばめた構造が、最高の断熱特性を示すことを発見した。この材料は、無機複合薄膜材料では世界最小の熱伝導率（熱伝導率0.16 W/mK）を示すものだという。
今回の結果は、MIを活用することで効率よく新規機能性材料の探索や、既存材料の高性能化を行うことを実証した先駆的な事例だという。NIMSでは今後、断熱材料のさらなる高性能化などエネルギーに関連する様々な材料開発分野への応用を目指すとしている。
