2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of high-performance nanocomposite thermoelectric bulk using self-organizing eutectic structure
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19H02795
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
横田 有為 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (60517671)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
荻野 拓 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (70359545)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 熱電材料 / 共晶体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
真空チャンバー型高周波育成炉を用いて、高い性能指数を有するSnSe熱電材料の共晶体であるSnSe/SnSe2およびSn/SnSeの共晶体構造熱電バルク結晶の作製を試みた。Sn-Se状態図から、各共晶点における組成比と共晶点温度を確認し、各材料に対して適切な育成条件を確立した。Φ50mm白金ヒーター、断熱材を配置し、ヒーター内に設置した坩堝とその内部の原料を高周波誘導加熱する機構を構築した。高周波電源の出力と坩堝内の温度の相関関係を用いて、結晶育成を行う高周波電源出力を決定した。
確立した育成環境にて1インチ径SnSe/SnSe2およびSn/SnSeの共晶体構造バルク結晶を垂直ブリッジマン法で作製した。作製したバルク結晶から切り出した試料を用いて熱電特性の評価を行った。SnSe/SnSe2結晶のゼーベック係数は、室温で150μV/Kを示した後、昇温とともに125μV/K（＠300℃）まで低下した。SnSe単体のゼーベック係数（～400 μV/K）と比較し、SnSe/SnSe2結晶はSnSe2とSnSeにおいてゼーベック係数の打ち消し合いが生じたことが示唆された。一方で、Sn/SnSe結晶のゼーベック係数は、室温で400 μV/Kを示した後、昇温とともに上昇しており、SnSeと同等であった。Sn/SnSe結晶の比熱は、昇温とともに420 J/kg K（＠105℃）から190 J/kg K（＠600℃）まで低下した結果、熱伝導度も600℃で約0.36 W/mKと低い値を示した。
熱電特性評価による結果を用いて性能指数ZTを算出したところ、SnSe/SnSe2結晶ではゼーベック係数が低下した影響によって小さくなったが、Sn/SnSe結晶では、低い熱伝導度を実現したことで、600℃において実用化の目安となる1を超えるZT=1.14を達成した。
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| Research Progress Status |
令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。
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