2018 Fiscal Year Research-status Report
Creation of High Performance Thermoelectric Materials by Synthesis of Novel Cobalt Layered Compounds with Low Thermal Conductivity and Its Sintering
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18K14031
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| Research Institution | Ube National College of Technology |
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Principal Investigator |
茂野 交市 宇部工業高等専門学校, 物質工学科, 准教授 (60707131)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 熱電材料 / 層状酸化物 / 熱伝導率 / セラミックス / 酸化剤 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
熱電モジュールは温度差を起電力に変換できる熱電材料等によって構成され、材料特性次第では太陽電池を凌ぐ出力密度のポテンシャルを有する。我々は最近、セラミック系熱電材料では最高レベルの性能を持つCo層状酸化物であるNaxCoO2粉末を出発物質とし、ソフト化学プロセスである酸化還元(Redox)法による層間距離の制御を検討した。その結果、出発物質よりも層間距離が狭い新規Co層状化合物の合成に成功しつつある。新規化合物を用いた成形体の熱伝導率は出発物質の約40%の低い値であり熱電材料として有望であることを見出した。ただし新規化合物は熱安定性に問題があり、緻密に焼結しようとすると層状構造が崩壊する。そこで本研究の目的を「狭い層間距離を有する新規Co層状化合物の合成とその緻密化手法の確立」とした。
今年度は、まず、上記Redox法の詳細について検討した。具体的には、NaxCoO2に水を加えたスラリーにいくつかの酸化剤を添加・攪拌することにより、層間距離の異なる数種類の層状化合物を得ることに成功した。そして、層間距離とプレス成形体の熱伝導率との相関に関する知見を得ることができた。現在、酸化剤の種類・添加量・反応時間が層状化合物の構造に及ぼす影響を詳細に調べている。また、上述の層状化合物の常温を超える温度域における熱電特性を測定するための装置を作成しているところである。さらに、低温焼結のための焼結助剤の開発及び低温焼結できる焼結プロセスの開発にも着手し始めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
手がけている他の研究に進捗が認められたため、そちらにリソースを割き、研究着手に半年の遅れが生じた。本質的な研究そのものは順調に進んでおり、2019年度の研究加速が望まれる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究期間内に明らかにすることは「狭い層間距離を有する新規Co層状化合物の高性能熱電材料としての可能性検証」である。
(A) Redox法による種々の新規Co層状化合物粉末合成とキャラクタリゼーション
現在行っている出発物質の種類や酸化剤の種類、添加量、反応時間が層状化合物の構造に及ぼす影響について引き続き検討を重ねる。これにより、合成手法を確立するとともに酸化剤によるCo層状化合物の反応メカニズムを明確にする。
(B) (A)で合成した新規Co層状化合物の緻密体の作成方法の確立
(A)に関しては学術的な側面からの検討事項が多いが、(B)に関しては最終目標である「熱電材料としての可能性検証」達成のための必須条件であり、実務的には最重要である。そこで、まずは過去の検討で合成が確認できているNaxCoO2を出発物質とした新規Co層状化合物を用いて緻密体作成方法を検討する。熱安定性のない層状化合物の構造を保持したまま緻密体を作成するには、低温焼結のための焼結助剤の開発、あるいは低温焼結できる焼結プロセスの開発が必要であり、本格的に着手する。
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| Causes of Carryover |
手がけている他の研究に進捗が認められたため、そちらにリソースを割き、研究着手に半年の遅れが生じた。さらに、予算の都合上、市販の熱電特性装置を購入することに無理が生じた。つまり、半年以上遅れて装置を自作しはじめたため、未だ計測に必要な高額機器の購入に至っていない。2019年度の早い時期に計測に必要な高額機器を購入予定である。
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Research Products
(1 results)
