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非整合フォノンブロッキング界面を導入したマンガンシリサイド系熱電材料の高効率化

Research Project

Project/Area Number 13J05741
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Inorganic materials/Physical properties
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

菊池 祐太  東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2013: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords熱電変換 / マンガンシリサイド / チムニーラダー / 熱電 / 結晶構造解析
Outline of Annual Research Achievements

フォノンブロッキング界面を導入したマンガンシリサイド系熱電材料の高性能化を目指し,本年度は,MnをCr等の各種遷移金属で部分置換し,熱電特性の評価を行った.置換元素は,総価電子数VECの概念から,ホールキャリア濃度を増加させる働きがあるものを選んだ.いずれの元素を置換した場合でも,固溶相の電気伝導率は向上した.また,マンガンシリサイド系熱電材料の熱電特性が最も大きくなる700K付近では,元素置換によるホールキャリア散乱の影響は小さいことが明らかになった.また,熱伝導率のフォノン寄与分は,元素置換によってフォノン散乱が増加したため,減少した.マンガンシリサイド固溶相において,元素置換は,キャリアの散乱要因とはならずにフォノンのみを散乱させる,フォノンブロッキング効果があると考えられる.
さらに,4元系チムニーラダー型熱電材料の合成のために,Cr-Ge系チムニーラダー相試料の合成を行った.昨年度までは,再現性良く単相試料を合成する方法が明らかでなかったために,本年度は,多結晶体試料の合成方法と熱電特性を明らかにした.合成された試料は,VECの概念から予想されるように,熱電半導体としては,キャリア濃度の大きな化合物であることが分かった.
本研究では,目標である4元系合金の合成と,フォノンブロッキング界面の制御までは至らなかった.しかし本研究を通して,4元系合金合成に向けた基礎研究を十分に達成し,加えてマンガンシリサイド相に対する元素置換は,キャリアの重大な散乱要因とはならず,フォノンのみを散乱させることを新たに見出した.

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2015 2014 2013

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (5 results)

  • [Journal Article] High Temperature X-ray diffraction study on in commensurate composite crystal MnSiγ - (3+1)-dimensional superspace approach2014

    • Author(s)
      Y. Kikuchi, T. Nakajo, K. Hayashi, and Y. Miyazaki
    • Journal Title

      J. Alloys Comp.

      Volume: 616 Pages: 263-267

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2014.07.106

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] 特異な結晶構造を持つマンガンケイ化物系熱電材料の高性能化2013

    • Author(s)
      宮﨑譲, 菊池祐太, 林慶
    • Journal Title

      日本機械学会第5回マイクロ・ナノ工学シンポジウム講演論文集

      Volume: 13-61 Pages: 279-280

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Chimney-ladder型MnSiγ相における遷移金属の微量置換効果2015

    • Author(s)
      宮崎讓,菊池祐太,濱田陽紀,林慶
    • Organizer
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      平塚,神奈川(東海大学)
    • Year and Date
      2015-03-12
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Chimney-ladder 型 MnSiγにおける V 置換効果2014

    • Author(s)
      菊池祐太,宮崎讓,中條隆貴,林慶
    • Organizer
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      札幌(北海道大学)
    • Year and Date
      2014-09-18
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Effects of Vanadium Substitution on the Crystal Structure and Thermoelectric Properties of Higher Manganese Silicide2014

    • Author(s)
      Y. Kikuchi, T. Nakajo, K. Hayashi, and Y. Miyazaki
    • Organizer
      13th International Conference on Modern Materials and Technologies
    • Place of Presentation
      Montecatini Terme, Italy
    • Year and Date
      2014-06-16
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] (3+1)次元複合結晶MnSiγの高温における結晶構造変化2014

    • Author(s)
      菊池祐太, 中條隆貴, 林慶, 宮崎譲
    • Organizer
      第61回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      青山学院大学相模原キャンパス(神奈川県相模原市中央区)
    • Year and Date
      2014-03-19
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] チムニーラダー化合物MGeγ(M=Rh, Ir)の結晶構造と熱電特性2014

    • Author(s)
      中條隆貴, 宮崎譲, 菊池祐太, 林慶
    • Organizer
      第61回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      青山学院大学相模原キャンパス(神奈川県相模原市中央区)
    • Year and Date
      2014-03-19
    • Related Report
      2013 Annual Research Report

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Published: 2014-01-29   Modified: 2024-03-26  

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