2019 Fiscal Year Annual Research Report
Creation of Thermoelectric Clathrate Composites by Nanoscale Control of Interfaces and Textures
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17K06841
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| Research Institution | Tokyo University of Science, Yamaguchi |
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Principal Investigator |
阿武 宏明 山陽小野田市立山口東京理科大学, 工学部, 教授 (60279106)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡本 和也 山陽小野田市立山口東京理科大学, 工学部, 助教 (70756113)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 熱電発電 / 未利用熱有効利用 / クラスレート / 元素置換 / ナノ界面 / ゼーベック係数 / 非平衡グリーン関数法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
省エネルギー・環境共生型社会への転換に向けて、膨大な量の未利用排熱を電気エネルギーに直接変換する熱電発電技術の実用化を加速させるため、高温領域の熱電素子材料として期待される半導体クラスレート材料のナノ界面・組織制御による革新的複合材料を創製し、熱電性能の飛躍的な向上を目指した。その材料設計として以下の2つのアプローチで進めた。(1)ホスト構造の変調を含む新規のクラスレートの創製：多元素置換によるホスト構造の変調と熱電物性との相関を明らかにし、高い熱電性能を実現する構造を見出す。(2)ミスフィットを導入した新規クラスレート複合熱電材料の創製：ナノ界面・組織構造の制御によって飛躍的に熱電性能を向上させるフォノンとキャリア輸送への相乗効果を発現する構造を明らかにする。
(1)ホスト構造の変調を含む新規のクラスレートの創製においては、前年度に引き続き、クラスレートにおいて価電子数の異なる多元素置換によるホスト構造変調の熱電特性への効果について調査した。前年度に見出したCuを含む多元素置換系において熱電特性の組成依存性を調査した結果、熱電性能が向上する組成を明らかにした。さらに、従来までp型特性が困難とされるCu組成領域の化合物の合成を試みたところ、p型で高い熱電性能を有する化合物の合成に成功した。
(2)ミスフィットを導入した新規クラスレート複合熱電材料の創製においては、ナノ界面・組織構造制御のためのナノ化プロセスに関して前年度までに得た知見を基に、ｐ型硫化物系材料とp型クラスレートとの複合化の検討を行った。また、ナノ界面効果についての知見を得るために、Siクラスレートに組み込んだ異種材料界面による輸送特性への効果について非平衡グリーン関数法を活用したDFTシミュレーションを実施し、クラスレート・異種材料の界面ポテンシャルによってゼーベック係数が増加する可能性を示唆する結果を得た。
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[Book] サーマルデバイス2019
Author(s)
飯田努，塩尻大士，阿武宏明
Total Pages
403
Publisher
株式会社エヌ・ティー・エス
ISBN
978-4-86043-602-5 C3053
