2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of innovative thermoelectric materials based on the strongly-correlated electron system in transition-metal oxides
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19K05019
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
加藤 将樹 同志社大学, 理工学部, 教授 (90271006)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
廣田 健 同志社大学, 研究開発推進機構, 嘱託研究員 (30238414) [Withdrawn]
道岡 千城 京都大学, 理学研究科, 助教 (70378595)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 熱電変換特性 / 化学的圧力効果 / 元素置換効果 / 電気伝導性酸化物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は特にLa5SrCu6O15-d(La516)相の元素置換効果と熱電特性の発現について研究を行った。La516相は酸化物としては高い電気伝導度を有しており、元素置換によるフォノン状態の変化、キャリアー量の調整、および化学的圧力効果などにより、無次元熱電変換性能指数（ZT =σS2T/κ、σは電気伝導率、Sはゼーベック係数、κは熱伝導率、Tは絶対温度）が高い新規熱電変換材料が得られる可能性がある。そこで本、La516相のCu2+サイトにイオン半径、磁性の異なるFe2+、Sr2+サイトにCuおよびFeの形式価数の制御、加えて格子に局所的な歪みをもたせることを目的に、Nd3+を置換した新しい置換型固溶体La5Sr0.9Nd0.1Cu6-xFexO15-dを合成し、得られた試料の磁気的性質および熱電特性の評価を行うことを目的とした。
XRD測定の結果、置換型固溶体の単一相が得られたことが明らかとなった。 La5Sr0.9Nd0.1Cu6O15-dの磁化率測定の結果、約50 K以上ではほとんど温度依存性がなく、Pauli常磁性的な挙動を示した。 Fe置換化合物であるにもかかわらず、Feに由来する局在モーメントが消失していることを示唆する。熱電特性については、Fe置換量xの増加に伴ってZTが増加し、x = 0.6、1030 Kにおいて最大値ZT = 3.86×10-2を示した。σは減少したが、Sの増大とκの減少が大きく影響していると考えられる。x = 0.7では、σの減少、Sがx = 0.6からほとんど増加しなかったため、ZTはx = 0.6時と比べ、減少した。3次元的Cu-Oネットワーク構造をもつLa516相において、新規Fe置換型固溶体を合成し、元素置換によるフォノン状態の変化、キャリアー量の調整、および化学的圧力効果による電子相関の増強により、 ZT向上の可能性を確認した。
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