| Research Abstract |
地球環境問題でのエネルギー有効利用やエレクトロニクス産業の高機能化の観点から熱電材料に再び注目が集まっている.熱電材料の特性は,ゼーベック係数,電気伝導度,熱伝導度をα,σ,κ,とすると,性能指数Z=α^2σ/κあるいはこれに温度Tを乗じた無次元性能指数ZTで表される.これらの値が大きいほど熱【double arrow】電気の変換効率が高く,ZT=1が実用化の目安とされている.Reシリサイドが2元系プロトタイプとしてZT=1に迫る優れた熱電特性を示すことを世界に先駆けて発見し,高密度のSi空孔を含む特異な結晶構造に着目して,価電子制御(多元化)の観点から空孔密度,インコメンシュレート相などの微細構造を制御して,実用化に耐え得るさらなる特性向上を図った.2元系では無次元性能指数は[001]方向で特に優れ,800KでZT=0.75を示す.Reとの価電子数の多寡により空孔濃度を増減させることができ,その結果インコメンシュレート相が形成されるが,合金元素量増加に伴いインコメンシュレート構造は,シアー構造からアダプティブ構造へと変化する。この変化がおきる合金組成は合金元素に依存し,Mo, W, Alなどでは少ない添加量でこの変化がおこるものの,Ru, Fe, Cr,Nbなどでは固溶限ぎりぎりまでシアー構造が安定となる.熱電特性は概して,シアー構造を取る場合に低く,アダプティブ構造を取る場合に高い.たとえば,2%程度の合金添加でアダプティブ構造が形成されるMo添加の場合,[001]方向で得られた無次元性能指数は800KでZT=0.85(n型)であり,2元系Reシリサイドをはるかに凌駕する.また,SiをAlで置換すると,結晶全体としては大きな微細構造の変化はないものの,双晶境界に局所的に,アダプティブ構造が散在して形成され,[010]方向の無次元性能指数は400KでZT=1(p型)を超える高い性能を示した.
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