2019 Fiscal Year Annual Research Report
チタン―硫黄ネットワークを有する高性能熱電変換材料の創製
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17H04951
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
末國 晃一郎 九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (10582926)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 熱電変換 / 熱電物性 / 硫化物 / スピネル / 出力因子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，TiS6八面体の稜共有ネットワーク構造を有する物質に着目して，高性能なn型熱電物質を開発すると共に，優れた電気的特性(高い出力因子)を有する物質の設計指針を提案することを目的とする。本年度は，Cu2Ti4S8をベースにしたスピネルの性能を高めるために，下記の方法で格子熱伝導率の低減と電子キャリア濃度の低減を図った。
(1)Cu2CoTi3S8に対するSのSe置換：格子熱伝導率の低減を期待してSのSe置換を試みた。その結果，SeはSサイトを25％置換した。しかし，試料中でSe組成のばらつきが大きかった。その試料を用いた測定から，Se置換による格子熱伝導率低下の兆候を確認した。
(2)Cu2Ti4S8のTiのSc/Co置換による電子キャリア濃度の低減：これまでに作製したスピネルの中で最も性能が高いのはCu2Ti4S8のTiをCoで置換したCu2CoTi3S8であった。本年度はその置換量をCu2Co1+xTi3-xS8のようにさらに増やし，電子キャリア濃度の低減を図った。また，TiのSc置換系Cu2Sc1+xTi3-xS8を作製し，その熱電物性をCo置換系と比較した。合成および焼結条件を検討した結果，不純物が少なく，目的組成を有する試料が得られた。期待通りCo/Sc置換量xの増加と共にキャリア濃度が低下し，ゼーベック係数は高まった。ここで，Co置換系の出力因子はSc置換系に比べて高かった。また，そのSc置換系の値は昨年度作製したCu欠損系Cu2-xTi4S8と同等であった。これらの結果から，Cu2Ti4S8スピネルでは，Co置換が性能向上の方法として有効であると考えられる。結果として，ZTの最大値はCo置換系で0.2，Sc置換系で0.1と，無置換系に対して高かった。
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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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[Journal Article] Enargite Cu3PS4: A Cu－S-Based Thermoelectric Material with a Wurtzite-Derivative Structure2020
Author(s)
Takuya Tanimoto, Koichiro Suekuni, Taiki Tanishita, Hidetomo Usui, Terumasa Tadano, Taiga Kamei, Hikaru Saito, Hirotaka Nishiate, Chul-Ho Lee, Kazuhiko Kuroki, Michitaka Ohtaki
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Journal Title
Advanced Functional Materials
Volume: －
Pages: 2000973/1-8
DOI
Peer Reviewed
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