2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of p-type and n-type high temperature thermoelectric materials using perovskite-type Fe oxides
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19K04986
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
中津川 博 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (40303086)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
齋藤 美和 神奈川大学, 工学部, 助教 (60594215)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ペロフスカイトFe酸化物 / 熱電特性 / 無次元性能指数 / エネルギー変換効率 / n型素子 / n型素子 / 熱電変換材料 / スピン状態 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、熱エネルギーを直接電気エネルギーに変換できる熱電材料は、廃熱などの未利用熱を回収し再有効活用可能なエナジーハーベスティングとして注目を集めている。現在、最も広く実用化されている熱電材料はBi2-xSbxTe3 (p型)やBi2Te3-xSex (n型)などのBi2Te3系半導体であるが、これらの材料は比較的毒性が高く、酸化環境下では化学的・物理的な安定性に乏しいという欠点がある。そこで、資源的に豊富で毒性の低い元素から構成され、高温・酸化環境下でも比較的安定な環境調和型材料として、酸化物系熱電材料が注目を集めている。しかしながら、酸化物系熱電材料は、Bi2Te3系半導体のように、同一母相或いは同一結晶構造でp型およびn型の高い性能を示す材料が未だ見つかっていない。
そこで、p型およびn型の高い性能を示す可能性のある酸化物としてペロブスカイトFe酸化物に着目し、Pr1-xSrxFeO3 (0.1≦x≦0.7)を研究した。その結果、x=0.1でZT=0.024(T=850K)の比較的高いp型熱電特性を示すが、n型熱電特性は現状ではx=0.7でZT=0.002(T=850K)を示すに留まっている。
従って、本研究は、Fe3+のスピン状態を制御し中間スピンFe3+が多数を占めるペロブスカイトFe酸化物を作製して、そのp型およびn型熱電特性を明らかにし、更なる高い熱電特性を示すペロブスカイトFe酸化物を探索することを目的としている。本研究によって、p型およびn型の高い性能を示すペロブスカイトFe酸化物が発見されれば、高温・酸化環境下での熱電発電のエネルギー変換効率向 上に貢献するだけでなく、喫緊の課題である持続可能社会の促進をもたらす材料の実用化に、新しい展開がもたらされるものと期待される。
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