2019 Fiscal Year Annual Research Report
電子構造・フォノン分散の精密制御に基づく環境調和型熱電材料の創製
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17H03421
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
高際 良樹 国立研究開発法人物質・材料研究機構, エネルギー・環境材料研究拠点, 独立研究者 (90549594)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
池田 輝之 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (40314421)
後藤 真宏 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点(MANA), 主席研究員 (00343872)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 熱電変換材料 / バンド計算 / フォノン計算 / キャリアドーピング / コンビナトリアル手法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度においては、(1)Al-Fe-Si系３元系化合物の性能向上、(2)組成傾斜バルク試料合成と評価、(3)コンビナトリアル薄膜合成と評価、の３つの研究項目を実施し、以下の研究成果を得た。
(1)Al-Fe-Si系熱電材料において、Al/Si比の精密組成制御・合成プロセスの最適化により、室温から400℃までの広範な温度範囲での出力特性を大幅に向上させることができた。また、将来の材料量産化を視野に入れ、アーク溶解法等のラボスケールの材料合成手法から、より多くの試料合成が可能な量産化プロセスの構築にも目途が立ちつつある。さらに、異種金属相との複合組織化による材料性能向上の可能性を見出した。この指針は、今後のAl-Fe-Si系熱電材料の研究開発に有用である。
(2)マルチプル拡散法によりAl2Fe3Si3(τ1)相の900℃における存在組成範囲を調べ、Fe濃度方向には拡がりがなくAl/Si比が変化する方向に拡がりがあることを確認した。存在組成範囲においてAl/Si比が端部にある２試料を作製し、拡散接合したのち相互拡散を起こさせ組成勾配をもつ試料とした。組成変化を利用し熱電特性(熱浸透率、ゼーベック係数)の組成依存性を組成の関数として連続的に明らかにした。
(3)昨年度までに、コンビナトリアル的なAl-Fe-Si薄膜の組成制御技術の確立、薄膜熱電特性評価の充実化、ならびに、これを用いた当該薄膜材料特性の評価・解析を実施した。本年度は、大幅な特性向上のための指針を得るために、Fe/FeSi超格子構造の変化に伴うパワーファクターの評価を行った。その結果、通常の薄膜材料とは異なり、超格子化により電気伝導率とゼーベック係数を同時に向上させられる構造を見出した。
以上のように、最終年度までに当初の研究目標の多くを達成し、多様な研究成果を輩出することに成功した。
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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