| Project/Area Number |
22K20486
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
0401:Materials engineering, chemical engineering, and related fields
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
IWASAKI Yutaka 国立研究開発法人物質・材料研究機構, ナノアーキテクトニクス材料研究センター, 研究員 (20964232)
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| Project Period (FY) |
2022-08-31 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 熱電材料 / 金属間化合物 / ホイスラー合金 / 第一原理計算 / ブロッホ軌道 / バンドエンジニアリング / ハイエントロピー |
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| Outline of Research at the Start |
中低温廃熱回収用熱電発電デバイスへの応用を見据えて、安価で熱・化学的安定性が高く、機械特性に優れた熱電材料候補物質に対して、第一原理計算を用いた軌道解析に基づいてバンド構造を劇的に変化させるブロッホ軌道エンジニアリングと、組成のハイエントロピー化によって、巨大な電気出力因子と低い熱伝導率を両立する新奇熱電材料を創製する。
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| Outline of Final Research Achievements |
In order to synthesize thermoelectric materials with high thermal and chemical stability and excellent mechanical properties for use in thermoelectric power generation devices for medium- and low-temperature waste heat recovery, we searched for alloy-based materials with a suitable band structure for thermoelectric materials based on orbital analysis using first principles calculations. As a result, a dimensionless figure of merit of 0.5 was obtained at 973 K for Ru(Al,Si)γ with a chimney ladder phase.The second was an iron-based alloy with an irregular structure that achieved lower thermal conductivity than the competing iron-based Heusler alloy due to its defect-rich structure. The other is a nickel-based alloy that exhibits a high power factor comparable to that of iron-based Heusler alloys.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究によって、実用化に資する熱電材料の候補物質を見つけることができた。特に今回合成したチムニーラダー相Ru(Al,Si)γは、類似構造をもつ物質群においてn型で高性能が得られた報告が少ない材料系であるが、その中でも熱電材料にとって好適な低い熱伝導率と高い出力因子し、高い無次元性能指数を実現することができた。
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