Developing High Temperature Thermoelectric Materials and Modules of Th3P4 Structure Type
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19F19720
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 外国 |
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| Review Section |
Basic Section 26040:Structural materials and functional materials-related
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
森 孝雄 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, グループリーダー (90354430)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
SRINIVASAN BHUVANESH 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2021-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
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| Keywords | 熱電材料 / 散乱機構 / カルコゲナイド系 / キャリア制御 |
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| Outline of Research at the Start |
熱を電気に直接変換する熱電材料の応用が期待され、最近は室温近傍のエネルギーハーベスティング応用が注目される一方、非常に高温での、火力発電所のトッピングサイクルなど、省エネに大きく貢献できる応用も期待されている。本研究では、ターゲット材料として、最近高温で高性能熱電材料として注目を集めているTh3P4型構造の材料に着目し、欠陥制御やカチオンサイトのドーピングによるキャリア制御などを通して、学術的に高性能の機構解明を進め、新規なより高性能な熱電材料だけでなく、これまで未踏だったｐ型の材料やモジュールの新規な研究開発にもつなげることを目標としている。
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| Outline of Annual Research Achievements |
熱を電気に直接変換する熱電材料の応用が期待され、最近は室温近傍のエネルギーハーベスティング応用が注目される一方、高温での、火力発電所のトッピングサイクルなど、省エネに大きく貢献できる応用も期待されている。本研究では、ターゲット材料として、最近高温で高性能熱電材料として注目を集めたTh3P4型構造のR3Te4化合物などの材料を調べ、研究開発を行った。本年度は、希土類依存性を調べるために初めて単相の高純度のPr3Te4化合物の合成に成功したが、機械的性質が脆弱であることが新たに判明して、他のTe化合物の方が将来的な実用化に適していることを明らかにした。GeTe化合物において、珍しいドーパントとして、Y, Zr, Hf, V, Nb, Mo, Ruを理論と実験の双方で、高性能化への指針を出すための調査を行った。バンドギャップ、2つの価電子バンドの最大値間のエネルギー差、ドーパントまたは不純物状態の性質、およびフェルミ準位に関するそれらの位置、の作用をそれぞれ明らかにした（J. Mater. Chem. Aのhot paperに選ばれfront coverにもフィーチャーされた）。また、SnTe化合物において、複数のキャリア―散乱機構の制御による熱電出力因子の高性能化および化学結合の予想外の脆弱化による熱伝導率の低減の、双方熱電性能を増強する効果を明らかにした（論文投稿中、minor revision）。一方で、テルライドTe化合物だけでなく、同じくカルコゲナイド系化合物で、アニオンをTeからSに変えた硫化物における共同研究にも貢献して、すず硫化物スピネル系において、クロムすず硫化物スピネル系がバンド構造により最高の熱電性能を発現することを明らかにすることにも貢献した（J. Mater. Chem. Cに出版されback coverにもフィーチャーされた）。また、こうした論文発表のほか、国際会議における発表賞も受賞した。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(9 results)
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[Journal Article] Screening of Transition (Y, Zr, Hf, V, Nb, Mo, and Ru) and Rare-earth (La, Pr) Elements as Potential Effective Dopants for Thermoelectric GeTe - an Experimental and Theoretical Appraisal2020
Author(s)
Bhuvanesh Srinivasan, Sylvain Le Tonquesse, Alain Gell-, C-dric Bourg-s, Leo Monier, Isao Ohkubo, Jean-Fran-ois Halet, David Berthebaud, and Takao Mori
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Journal Title
Journal of Materials Chemistry A
Volume: 8
Issue: 38
Pages: 19805-19821
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Tailoring the Thermoelectric and Structural Properties of Cu-Sn Based Thiospinel Compounds [CuM1+xSn1-xS4 (M = Ti, V, Cr, Co)]2020
Author(s)
C-dric Bourg-s, Bhuvanesh Srinivasan, Bruno Fontaine, Philipp Sauerschnig, Aliz-e Minard, Jean-Fran-ois Halet, Yuzuru Miyazaki, David Berthebaud, and Takao Mori
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Journal Title
Journal of Materials Chemistry C
Volume: 8
Issue: 46
Pages: 16368-16383
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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