希土類カルコゲナイド二元系硫化物の創製と熱電変換特性

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13450304
• Research Institution: Muroran Institute of Technology
• Principal Investigator: 嶋影 和宜 室蘭工業大学, 工学部, 教授 (70005346)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 平井 伸治 室蘭工業大学, 工学部, 助教授 (10208796)
• Keywords: 希土類硫化物 / 熱電材料 / 創製 / 硫化反応 / ゼーベック係数 / ホットプレス / La2S3焼結体 / パワーファクター

Research Abstract

これまで、La2S3焼結体は、常温付近で大きなゼーベック係数(S)を有することを見い出し、さらに、Pdを添加した焼結体は電気抵抗率(ρ)が減少し、パワーファクター(P=S2/ρ)も増加することを明らかにした。
そこで、本年度はゼーベック係数やパワーファクターの増加と組成との関係を明らかにする目的で、合成粉末中の不純物濃度、各種金属添加や焼結条件等の因子の影響を検討した。
当研究室で硫化合成した低酸素のLa2S3焼結体と市販品の高酸素のLa2S3焼結体を用いて不純物濃度の効果を調べた結果、低酸素のLa2S3焼結体では、1773Kではβ、γ混合相、1973Kではγ単相が合成されるが、高酸素のLa2S3焼結体では、1773Kではβ単相、1973Kにおいてもβ相の残存が認められた。これら焼結体のパワーファクターは、絶縁体的な振る舞いを湿したβ単相に対して、γ相の生成と共に電気抵抗率が減少し、γ単相では1.32X 10-4W・m-1・K-2まで増加した。
次ぎに、市販品の高酸素のLa2S3焼結体を用い、各種添加剤の焼結体相組成の効果について調べた所、Ti添加の場合、1773Kでβ、γ混合相が得られ、Ti添加量を増大させると、γ相のX線回折強度が増大し、8mass%以上ではβ相が消失し、γ相とLaS硫化物が生成した。これらの熱電特性は、Ti添加量の増大とともにゼーベック係数と電気抵抗率が減少し、8mass%Ti添加におけるパワーファクターは2.2X 10-4W・m-1・K-2に達した。また8mass%Ti添加してホットプレス焼結を行ったところ、LaSの生成量の増大と電気抵抗率の減少により3.4X 10-4W・m-1・K-2のパワーファクターが得られた。これは電気伝導性に優れた金属結合を有するLaSが生成したためと推定した。
更に、市販品の高酸素のLa2S3粉末を用い、冷間圧延時の加圧力を変えて圧粉体を作製し、パワーファクターを測定した結果、加圧力の増加にしたがって、電気抵抗率は減少し、得に、熱電特性の温度依存性から高温ほどパワーファクターは増大し、673Kで1.06X 10-4W・m-1・K-2に達した。
今後はPdを添加してその挙動について調査を行う予定である。

Research Products

• [Publications] S.Hirai, K.Shimakage, et al.: "Synthesis and Sintering of Cerium(III) Sulfide Powders"Journal of American Ceramic Society. Vol.81,1. 145-151 (1998)
• [Publications] 平井伸二, 嶋影和宜, 上村揚一郎: "ランタナイド系二元系硫化物の合成と焼結"金属. 70巻、8号. 629-636 (2000)
• [Publications] 平井伸二, 嶋影和宜, 上村揚一郎: "耐火材料や熱電材料として期待されるランタナイド系二元系硫化物"金属. 70巻、11号. 960-965 (2000)
• [Publications] 平井伸二, 嶋影和宜, その他: "CS2ガス硫化反応によるγ-Pr2S3およびγ-Nd2S3粉末の合成と焼結"日本金属学会誌. 66巻、1号. 15-21 (2003)