Achieving minimum thermal conductivity in higher manganese silicide-based thermoelectric materials through controlling of incommensurate nano-sized domains
| Project/Area Number |
20H00394
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 36:Inorganic materials chemistry, energy-related chemistry, and related fields
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
林 慶 東北大学, 工学研究科, 准教授 (70360625)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥46,150,000 (Direct Cost: ¥35,500,000、Indirect Cost: ¥10,650,000)
Fiscal Year 2022: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000)
Fiscal Year 2021: ¥9,230,000 (Direct Cost: ¥7,100,000、Indirect Cost: ¥2,130,000)
Fiscal Year 2020: ¥26,000,000 (Direct Cost: ¥20,000,000、Indirect Cost: ¥6,000,000)
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| Keywords | 熱電変換 / 格子熱伝導率 / 非整合構造 / ナノ構造 / 非整合複合結晶 / チムニーラダー型化合物 |
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| Outline of Research at the Start |
対象とするMnSiγ(γ ~1.7)においては、非整合ナノドメイン分裂と呼ばれる、Si原子の配列が規則的な領域（規則ドメイン）と、歪みが大量に入った縞状領域（不規則ドメイン）のナノレベルでの微細組織分裂が形成される。本研究では、非整合ナノドメイン分裂が生じる起源を解明するとともに、元素置換による分裂形態（サイズ、形状、分布状態）と熱伝導率との関連を詳細に調べて、格子熱伝導率を大幅に低減可能なナノ組織の実現を図り、実用レベルにある熱電発電材料および発電モジュールを創製する。
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| Outline of Final Research Achievements |
Higher Manganese Silicide (HMS)-based thermoelectric (TE) materials can be applied to utilise waste heat from automobile engines. The present research aimed to study the relationship between nanostructure, derived from the incommensurability of HMSs, and lattice thermal conductivity, to develop potential TE materials to be operated at 800 K. We have revealed that partially-substituted samples exhibit the highest dimension-less figure-of-merit of zT = 0.75. Based on the knowledge, we have also started to optimise n-type TE performance in related materials.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
結晶の非整合性に基づく多彩なナノ組織と、それがフォノン伝播ひいては格子熱伝導率に及ぼす影響を系統的に明らかにし、それらの知見を基に実用レベルの熱電発電材料を創製した学術的価値の高い研究である。社会的には、本材料の利用により、自動車エンジンからの排熱有効利用により燃費の向上およびCO2排出量の削減に資する効果が期待される成果である。
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Report
(5 results)
Research Products
(10 results)
