微粒子複合添加による高性能熱電変換材料の開発と改善機構

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12305049
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 永井 宏 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80029206)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 井藤 幹夫 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00294033) ; 勝山 茂 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00224478) ; 真島 一彦 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (60029270)
• Keywords: 熱電材料 / メカニカルアロイング / ナノコンポジット / 熱起電力 / 電気抵抗 / 熱伝導率 / 粉末冶金 / 傾斜材料

Research Abstract

熱電材料の性能Zは、Z=α^2/ρκ(α:熱起電力、ρ:電気抵抗、κ:熱伝導率)で表され、高性能化するには、αを増大させ、ρおよびκを低下させることが必要である。研究代表者らは、これまで熱起電力αを増大させる添加元素の探索と同時にメカニカルアロイング(MA)法を活用した研究によって、結晶粒の微細化および種々の相の微粒子を分散させて粒界や他相界面でのフォノン散乱を増大させることにより熱伝導率κを著しく低下させ得ることを明らかにしてきた。また、電気抵抗ρは、熱電材料中に電気抵抗が小さい金属相微粒子を均一分散させることによって著しく減少することを明らかにしてきた。本研究では、それらの効果を複合化および傾斜化することによって、さらに高性能な熱電材料を開発することを目的とした。得られた成果を要約すると以下の通りである。
1)FeSi_2-SiC-Cu系熱電材料の性能Zは、無添加FeSi_2の約4倍まで向上した。
2)CoSb_3系熱電材料にNiSb金属相粒子を分散することによって、電気抵抗が著しく低減し、性能が大きく向上した。
3)FeSi_2にY_2O_3およびYを複合添加することによってFeSi_2系熱電材料の性能が大幅に向上することが明かになった。

Research Products

• [Publications] 永井宏: "Effect of Si/C Ratio on Thermoelectric Properties of β-FeSi^2 Mechanically Alloyed with (Si+C) Additions."Mater.Trans.JIM. 41-2. 287-292 (2000)
• [Publications] 井藤幹夫: "Effect of Al and Cu Addition on Pressureless Sintering Behavior and Phase Transformation of β-FeSi_2"Mater.Trans.JIM. 41-7. 857-864 (2000)
• [Publications] 勝山茂: "Thermoelectric properties of CoSb3 with dispersed FeSb2 particles."J.Appl.Phys.. 88-6. 3484-3489 (2000)