強電子相関系希土類-遷移金属複合酸化物熱電変換材料の創製の機能解明

• Project/Area Number: 17042014
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 関野 徹 大阪大学, 産業科学研究所, 助教授 (20226658)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 楠瀬 尚史 大阪大学, 産業科学研究所, 助手 (60314423) ; 中山 忠親 長岡技術科学大学, 極限エネルギー密度工学研究センター, 助手 (10324849)
• Project Period (FY): 2005 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2006: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000); Fiscal Year 2005: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
• Keywords: セラミックス / 熱電変換材料 / 半導体物性 / 環境材料 / ナノ材料 / 希土類添加 / 性能指数 / 微細組織

Research Abstract

新規な熱電変換材料として複合酸化物半導体セラミックスの創製と機能化を目ざし、多様な物性を発現するd電子系遷移金属元素(Co)とf電子系希土類元素とからなる複酸化物セラミックスに関して、材料の構造を結晶、ナノおよびミクロレベルの多階層で高次制御することで優れた熱電変換特性を持つ材料の創製とその機能解明を目的とした研究を行い、電気的・熱的物性と構造との冠れについて精査して以下の成果を得た。
(1)一連のReCoO_3焼結体(Re:希土類)の合成を行い、電気伝導度、熱伝導度ならびにゼーベック係数について、1000℃程度までの温度依存性を精査した。
(2)高温では電気伝導度および熱伝導率いずれも上昇したが、これは高温での熱活性化キャリア成分による寄与であること、その上昇は希土類イオン半径と相関があることを示した。
(3)ゼーベック係数は導電性向上に従い低下したが、800℃程度でも60-110μV/K程度の値を示し、希土類イオン半径に依存することを見いだした。
(4)結晶構造、電気物性、熱伝導性は、導入する希土類イオン半径に依存した結晶構造(即ちCo-O-Co結合角)の歪みに依存し、対象性が高い程優れた特性を示すことを明らかとした。
(5)複数の希土類イオンを含む固溶体を作製し、その特性を評価した結果、端成分の物性を反映した電気的性質を示すもののその傾向は系により異なり、結晶構造などと強く関連していることを示唆する結果を得た。
(6)性能指数(無次元性能指数)を求め、通常の低次元コバルト酸化物系材料と異なり本材料は等方的な結晶構造であるにも関わらず比較的高い性能指数を示すこと(NdCoO_3:ZT=0.25@773K)を示し、熱電材料として期待できることを示した。