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低次元物質の熱電変換材料としての可能性

Research Project

Project/Area Number 12875015
Research Category

Grant-in-Aid for Exploratory Research

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Applied physics, general
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

水谷 宇一郎  名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00072679)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 琵琶 哲志  名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助手 (50314034)
竹内 恒博  名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00293655)
生田 博志  名古屋大学, 理工科学総合研究センター, 助教授 (30231129)
Project Period (FY) 2000 – 2001
Project Status Completed (Fiscal Year 2001)
Budget Amount *help
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2001: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000)
Fiscal Year 2000: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Keywords熱電変換材料 / Co酸化物 / Mn酸化物 / 層状物質 / ゼーベック係数 / 比抵抗 / 準結晶 / イオンプランテーション
Research Abstract

本年度は,遷移金属酸化物の熱電特性の評価を行った.特に最近,Co酸化物が注目を集めていることから,(Ca_<1-x>Bi_x)_3Co_4O_9,(Ca,Sr,RE)_<n+2>Co_<n+1>O_<3n+3>,およびRECoO_3を選択し、それぞれの物質に対して詳細にゼーベック係数や電気伝導率のバンド幅やドープ量依存性の評価を行った.また,Mn酸化物であるREMnO_3とRE_3Mn_2O_7に対して光電子分光法により電子構造を解明し,大きなゼーベック係数を発現する可能性を考察した.(Ca_<1-x>Bi_x)_3Co_4O_9,(Ca,Sr,RE)_<n+2>Co_<n+1>O_<3n+3>およびRE_3Mn_2O_7は2次元的な伝導面を有している.一方,RECoO_3とREMnO_3は3次元的な伝導を示す.これらの物質群の示す熱電特性を比較することにより,熱電特性に及ぼす次元性の効果を議論した.
キャリアーをドープしていないRECoO_3は高いゼーベック係数を呈するが,絶縁体的な電気伝導特性を示す為,熱電変換材料として適していないと判断された.しかし、この系にわずかにキャリアを注入すると,ゼーベック係数と抵抗率は双方ともに低下するが,比抵抗の低下率がゼーベック係数の低下量よりも遥かに大きく,熱電変換材料として有望であることが判明した.一方,(Ca_<1-x>Bi_x)_3Co_4O_9,(Ca,Sr,RE)_<n+2>Co_<n+1>O_<3n+3>では高い熱電特性を示す試料を発見するには至らなかった.Mn系酸化物では,3次元的なREMnO_3,2次元的なRE_3Mn_2O_7共にフェルミレベル近傍に状態密度の落ち込みが存在することを明らかにした.このような状態密度の落ち込みは擬ギャップと呼ばれ,擬ギャップがフェルミレベルに存在すると,大きなゼーベック係数を発現する可能性が極めて高い.すなわち,擬ギャップをフェルミレベルに有するMn酸化物は,熱電変換材料として利用できる可能性が高いと判断した.本研究では,2次元材料の3次元材料に対する優位性を示すには至らなかったが,上記に示した通り,電気伝導性遷移金属酸化物が熱電変換材料として極めて有望であることを明らかにできたと考えている.

Report

(2 results)
  • 2001 Annual Research Report
  • 2000 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All Other

All Publications (10 results)

  • [Publications] T.Takeuchi, H.Sato, U.Mizutani: "Investigation of the Hume-Rothery stabilization mechanism from ab initio band calculations for different electron conpounds: Cu5Zn8 and Al-Mg-Zn,Al-Cu-Ru-Si approximants"Journal of Alloys and Compounds. (2002)

    • Related Report
      2001 Annual Research Report
  • [Publications] T.Takeuchi, U.Mizutani: "Interpretation of Electrical resistivity behavior of Quasicrystals and Approximants Based on the Struture Determination for the Al-Cu-(Fe,Ru)-Si 1/1-Cubic Approximants Submitted to Journal of Alloys and Compounds"Journal of Alloys and Compounds. (2002)

    • Related Report
      2001 Annual Research Report
  • [Publications] T.Onogi, T.Takeuchi, H.Sato, U.Mizutani: "Atomic and Electronic Structure Determination for a series of Al-Re-Si MI-type 1/1-cubic Approximants Submitted to Journal of Alloys and Compounds"Journal of Alloys and Compounds. (2002)

    • Related Report
      2001 Annual Research Report
  • [Publications] H.Sato, T.Takeuchi, U.Mizutani: "Identification of the Brillouin-zone planes in the Hume-Rothery matching role"Physical Review B. 64. 94207-94211 (2001)

    • Related Report
      2001 Annual Research Report
  • [Publications] U.Mizutani, T.Takeuchi, V.Fournee, S.Sato, E.Banno, T.Onogi: "Interplay of atomic and electronic structures in RT-and MI-type 1/1-approximants: Why does the Hume-Rothery rule work?"Scripta materialia. 44. 1181-1185 (2001)

    • Related Report
      2001 Annual Research Report
  • [Publications] T.Takeuchi, U.Mizutani, 他: "High-resolution photoemission spectroscopy for the layered antiferromagnetic (La_<1-z>Nd_z)_<0.46>Sr_<0.54>MnO_3"Journal of Synchrotron Radiation. (2002)

    • Related Report
      2001 Annual Research Report
  • [Publications] V.Fournee,U.Mizutani,T.Takeuchi: "Electron transport properties and thermoelectric effect of Al-Pd-Mn single quasicrystals doped with M=Au or Re by ion implantation and its comparison with quaternary quasicrystalline samples."Materials Reserch Society,Symosium Proceedings. (2000)

    • Related Report
      2000 Annual Research Report
  • [Publications] T.Takeuchi,U.Mizutani, 他: "Classification of icosahedral quasicrystals and their approximants by the electronic conduction mechanisms "Materials Reserch Society,Symosium Proceedings. (2000)

    • Related Report
      2000 Annual Research Report
  • [Publications] U.Mizutani,T.Takeuchi, 他: "Determination of Spatially Hybridized Charge Distribution and its Effect on Electron Transport in the Al-Cu-Ru-Si 1/I-Approximant-Theoretical Basis for the Hume-Rothery rule-"Materials Reserch Society,Symosium Proceedings. (2000)

    • Related Report
      2000 Annual Research Report
  • [Publications] T.Takeuchi,U.Mizutani, 他: "Direct evidence for Hume-Rothery mechanism in Al-Mn-Fe-Si Mackay-type 1/I-cubic approximant"日本金属学会欧文誌. 42・6. (2001)

    • Related Report
      2000 Annual Research Report

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Published: 2000-04-01   Modified: 2016-04-21  

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