高エントロピー合金化手法による高性能熱電材料の開拓
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22K14480
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
山下 愛智 東京都立大学, 理学研究科, 助教 (20849351)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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| Keywords | ハイエントロピー合金 / ハイエントロピー型化合物 / 熱電変換材料 / 金属カルコゲナイド / Zintl相化合物 / 高エントロピー合金 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、申請者が最近展開している高エントロピー合金（HEA）の概念を化合物に取り入れた熱電材料の開発を行う。熱電分野においてHEA化これまで層状物質などでの実施例はほとんどなく、Bi2Te3系やZintl相系（Mg3Sb2やBaZn2Sb2）などの様々なHEA型熱電材料を開発し、それらの物性及び局所構造等の解明を行い、熱電物性と局所構造等との相関を明らかにする。得られた知見を基に、HEA化による高性能な熱電材料の開発に向けた新たな指針の確立を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
金属サイトとカルコゲンサイトを多元素固溶したハイエントロピー型のAgBiSe2-xTexSxの合成を行い、熱電特性等の詳細な解明を試みた。SPring-8における放射光X線を用いて、X線回折パターンの温度依存性を明らかにした。AgBiSe2では、温度増大に伴い、Hexagonal、Rhombohedral、Cubic構造へと構造相転移することが知られていた。本研究において、Seサイトを等量のSとTeで置換していくと、ｘ量増大に伴い構造相転移温度が低下していき、ｘ＝0.6以上で高温相であるCubic構造が室温でも安定化することを見出した。また、透過型電子顕微鏡（TEM)による観察からAgとTe濃度が局所的に増大したChemical ordering（CO)が生じていることを明らかにした。放射光X線回折を用いた構造解析から、独立サイトであるAgサイトとBiサイト間でAnti-site disorderが生じており、ｘ量の増大とともに増大することを明らかにした。また、Anti-site disorderの増大が熱伝導率の低下に寄与していることを示唆する結果を得た。x＝0.3～0.7で格子熱伝導率が0.3（W/mK)と非常に低い値を示し、ZT～0.9（T = 723 K, x = 0.3)を示すことを明らかにした。また、層状物質のBi2Te3や１２２型Zintl相のハイエントロピー化にも取り組んでおり、多元素固溶した新しいハイエントロピー型のBi2Te3や１２２型Zintl相の合成に成功している。特に、溶融法によって、(Ca,Sr,Eu)Zn2Sb2の単結晶体を作製することにも成功した。また、このほかにも高温超伝導体としても知られる122系鉄カルコゲナイドのハイエントロピー化にも成功し、単結晶体作製にも成功している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
新しいBi2Te3やZintl相、金属カルコゲナイド熱電材料の合成に成功し、さらに、122型Zintl相などの単結晶体の作製にも成功しているため。また、透過型電子顕微鏡（TEM)による観察からハイエントロピー型のAgBiSe2において、Chemical ordering（CO)が生じていることを初めて明らかにしている。
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| Strategy for Future Research Activity |
AgBiSe2-xSxTexにおいて、クエンチによって、高温相であるCubic構造を室温に取り出すことに成功しており、ｘ量を系統的に変化させたCubic構造における局所構造と熱伝導率との相関を見出すことを試みる。また、122型Zintl相の詳細な熱電特性の評価を推進する予定である。
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Report
(1 results)
Research Products
(7 results)
