2008 Fiscal Year Annual Research Report
アモルファス相微細分散ナノコンポジット化による熱電変換材料の高性能化
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19560729
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
勝山 茂 Osaka University, 大学院・工学研究科, 准教授 (00224478)
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| Keywords | メカニカルアロイング / ゼーベック係数 / 電気抵抗率 / 熱伝導率 / 微細分散 / ハーフホイスラー / スクッテルダイト |
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| Research Abstract |
熱電変換材料の高性能化には、材料のゼーベック係数Sを大きく、電気抵抗率ρおよび熱伝導率κを小さくする必要があるが、これらのうち、ρおよびκは結晶中の置換原子や原子空孔のほか、結晶粒径、析出物など材料中の微細組織の影響を強く受ける。一般にρが最も小さい物質の形態が単結晶(クリスタル)であり、一方κは格子振動(フォノン)の散乱により効果的に低減させることができるが、フォノンの散乱が最も効果的に働き、熱を伝えにくい物質形態の代表がガラス(アモルファス)である。本研究は結晶相とガラス相のコンポジット化によりエレクトロンクリスタルーフォノンガラスをモデル的に実現した組織を持つ高性能な熱電変換材料の開発を目的としている。このモデル化に有効なプロセス法としてメカニカルアロイング法を検討し、昨年度はハーフホイスラー合金ZrNiSnへの適用を行ったが、今年度はスクッテルダイト化合物への適用を試みた。スクッテルダイト化合物CeFe_3CoSb_<l2>に電気伝導性酸化物であるMoO_2を添加し、ミリング処理を行い、焼結させてコンポジット焼結体を作製した。得られた焼結体ではMoO_2粒子がスクッテルダイト母相中に微細に分散していた。コンポジット焼結体のSは無添加のCeFe_3CoSb_<12>に比べて若干小さくなる傾向が見られたが、ρおよびκも全般的に小さくなる傾向が見られた。ミリング処理を行った試料では一般にρは増加する傾向が見られるため、コンポジット化によりρおよびκが同時に減少したことは非常に興味深い。結果として、熱電変換材料の性能を評価するパラメータである無次元性能指数ZT(=S^2/(ρ^xκ))は、5%(モル%)MoO_2を添加した試料において773Kで1.22を示し、無添加試料のZT(1.1)を上回った。
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