2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of thermoelectric conversion materials filled with noble gas and new insight into rattling effect
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16K14091
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
丹羽 健 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (40509030)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 超高圧合成 / 希ガス / 熱電変換材料 / 遷移金属リン化物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
希ガスをラットラーとして用いた新規希ガス充填スクッテルダイト型遷移金属リン化物を開発するため，結晶構造内に大きな空隙を持ち，化学的にも安定なスクッテルダイト型CoP3の単結晶育成に取り組んだ．ピストンシリンダー型高圧発生装置を用いた高圧単結晶育成技術を確立し，数百マイクロメートルではあるが単結晶の育成に成功した．また，希ガス充填の予備実験として磁性元素であるMnをドープする実験を試み，微小量ではあるがMnがドープされたと思われる単結晶育成にも成功した．その後，希ガスを充填するためのフレームワークとして考えていたリン化物が，圧力に対して非常に多様な物質群が拡がっていることがわかり，新規な2元系の遷移金属リン化物の開発にも取り組んだ．特に，前期遷移金属でまだ物質開発が進んでいないNbに着目し，超高圧実験手法を用いて35 GPaまでの新物質探査をおこなった．その結果，過去に報告のない結晶構造をとる二リン化物（NbP2）の高圧合成に初めて成功した（投稿論文準備中）．この新規なNbP2は常圧下でとる結晶構造とは全く別の物質で，高圧その場X線回折パターンに基づく構造解析の結果，リンに対してニオブが10配位を取る層状の結晶構造をしていることがわかった．この結晶構造はMoS2と同じ結晶構造をしており，NbP2がリン化物としては初めてこの結晶構造をとる物質として合成された．しかしながら，常圧下に回収すると，時間の経過と共に徐々に準安定相に相転移することがわかった．これは機能開拓において足枷になるため，他元素をドープによる新規相の安定化を図る必要があるが，結晶構造からは超伝導や触媒能といった機能の発現が期待される．また，希ガス充填という観点では密な構造であるため，空隙が導入できるような第3元素の添加などが必要であると考えられる．
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