Pseudogap Engineering of Ru-based Thermoelectric Heusler Compounds
| Project/Area Number |
20K05060
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 26010:Metallic material properties-related
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
西野 洋一 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 研究員 (50198488)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮崎 秀俊 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10548960)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | ホイスラー合金 / 熱電変換材料 / 擬ギャップ / ゼーベック効果 / 電子構造 / 元素置換 / 非化学量論組成 / 熱伝導率 / 熱電変換 / 電子構造制御 / Ru基化合物 |
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| Outline of Research at the Start |
擬ギャップ系Ru基ホイスラー化合物について，元素置換や非化学量論効果を利用して擬ギャップ内のフェルミ準位を最適化することで，電気抵抗率の低減と同時にゼーベック係数が大幅に増大することを追究し，出力因子8 mW/mK2を目標にして性能向上を図る。このような熱電性能の向上は，Fe2VAlと同様にフェルミ準位の剛体バンド的なシフトに起因することを証明して，擬ギャップ工学による熱電材料設計法の有効性を実証する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
擬ギャップ系Ru基ホイスラー化合物について、元素置換や非化学量論効果を利用して擬ギャップ内のフェルミ準位を最適化することで熱電性能の向上を図った結果、以下の成果が得られた。
1. Zr置換した合金Ru2Ti1-xZrxSiにおいて、x=0.06以下ではL21単相である。Zr置換合金はp型で、すべてのZr組成でゼーベック係数も電気抵抗率もRu2TiSi(x=0)より低下したが、x=0.03合金の出力因子はRu2TiSiよりは高く、900 Kで5.5 mW/mK2を示した。また、焼結合金では析出によりゼーベック係数は低下したが、熱伝導率は減少するため、x=0.12の焼結合金において1000 KでZT=0.47に達した。しかし、Hf置換合金の方がHfの原子量がZrより大きいため熱伝導率低減も顕著であるので性能向上には有効である。
2. Ru2TiGeはRu2TiSiと同じく擬ギャップ系である。Ru2TiGe焼結合金はp型であり、ゼーベック係数は550 Kにおいて156μV/Kであるが、出力因子は750 Kで5.1 mW/mK2に達しており、Ru2TiSiより高くなった。また、Ru2TiSiの熱伝導率は300 Kで約20 W/mKとかなり高いが、Ru2TiGeでは16.6 W/mKと低くなり、これはRuのみならずGeも重元素であるためである。熱伝導率は温度上昇とともに減少するが、700 Kあたりから両極性拡散効果によって増加に転じる。その結果、無次元性能指数は1000 KでZT=0.36を示したが、Ru2TiSiよりは低くなった。
3. 非化学量論組成Ru2+xTi1-xGeにおいて、x=0.03のゼーベック係数は550 Kで122μV/Kであり、Ru2TiGe(x=0)よりも低くなった。また、熱伝導率もそれほど減少しないため、無次元性能指数のピーク値は750 KでZT=0.31である。
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Report
(4 results)
Research Products
(52 results)
