1999 Fiscal Year Annual Research Report
亜鉛-インジウム系酸化物の電子移動度増加と熱電変換材料への応用
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11555236
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
河本 邦仁 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30133094)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
徐 元善 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (30242829)
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| Keywords | Zinc oxide / Indium oxide / Homologous / Thermoelectric / Electron mobility / Substitution / Riedveld analysis / Figure of merit |
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| Research Abstract |
本年度は、(ZnO)_mIn_2O_3(m=自然数)において、Znに対する2価金属(Co,Mg),Inに対する3価金属(Y,Fe)の置換により、電子移動度の増加を試みた。この置換法はいわゆる同形置換であるが、置換量の増加に対する結晶格子の変形の仕方に一定の傾向が見られる。すなわち、Znよりも小さい陽イオンまたはInよりも大きい陽イオンを置換すると、a軸長は増加するのに対し、c軸長は減少する。また、イオンサイズが逆の場合にはa,c軸長ともに減少する。そして、前者の場合に限って移動度の増加が見られ、しかも最大移動度を与える最適置換量が存在することが明らかになった。Rietveld解析の結果、構造中の置換位置が変化する近傍の置換量で最大移動度を示すことが判明した。移動度増加とともにゼーベック係数も最大値を示すのに対し、導電率は若干低下するだけ、また熱伝導率は30〜50%低下させられるため、全体として熱電性能指数Zは向上した。今年度までに得られた最大のZは1000Kで1.5x10^<-4>K^<-1>であった。
また、酸素を原子番号の大きい硫黄に置き換えることにより、共有結合性の増加にもとづく移動度の増加を試みた。硫化物系も酸化物とは異なる層状構造を持っており、比較的導電率は高いことが分かった。しかし、硫黄層間が弱いファンデルワールス結合であるために、異方性が強く、配向セラミックス化が必要であった。そこで、ZnIn2S4の板状晶粉末を合成し、これを1軸加圧成形・焼結して高配向セラミックスの作製に成功した。これにより、c面に沿って高い熱電特性を示すことが明らかとなった。
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[Publications] M.Ohta,W.S.Seo W.Pitschcke,K.Koumoto: "Thermoelectric properties of Layer-Structured (ZnO)_mIn_2O_3(m=Integer) and Effects of Elemental Substitution"Key Eng. Mater.. 169-170. 71-74 (1999)
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[Publications] K.Koumoto, H.Hiramatsu, W.S.Seo et al.: "Electronic Properties of Transparent Conductive Oxides in the ZnO-In_2O_3 System"Recent Res. Devel. Appl. Phys. 2. 255-267 (1999)
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[Publications] W.Pitschke, K.Koumoto: "Powder Diffraction Data and Riedveld Refinement for Y-doped (ZnO)_5In_2O_3"Powder Diffraction. 14・3. 213-218 (1999)
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[Publications] W.S. Seo, R.Otsuka, K.Koumoto, et al.: "Thermoelectric Properties of Sintered Polycrystalline ZnIn_2S_4"J. Mater. Res.. 14・11. 4176-4181 (1999)
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[Publications] 河本邦仁: "ハイブリッド結晶の構造変調による巨大熱電変換特性の発現"化学工業. 50・11. 834-839 (1999)
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[Publications] Y.Masuda, W.S.Seo, K.Koumoto, et al.: "Structure and Thermoelectric Transport properties of Isoelectronically Substituted (ZnO)_5In_2O_3"J. Solid State Chem.. (印刷中).
