2020 Fiscal Year Research-status Report
Nanostructure creation of Fe2VAl based alloy by introduction of nitride interface for thermoelectric application
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20K05100
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
渡邊 厚介 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 研究員 (40617007)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ホイスラー合金 / 熱電変換材料 / ナノ複合化 / 窒化処理 / 窒化物界面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
安価で豊富な元素から構成されるホイスラー型Fe2VAl系合金の結晶粒表面近傍に原子の拡散防止膜として窒化物を導入し、加熱による粒成長の抑制と異相界面導入による熱伝導率の低減を同時に達成することを目的とした。本年度ではまず、Fe2VAl系合金に窒化物界面を導入した例はないため、まず目的の組織を得るための材料プロセスを確立し、得られた構造と熱電特性について評価した。
アーク溶解法を用いてFe2V1+xAl1-x およびFe2V1+xAl1.12-x (x = -0.08, 0.08)を作製した後、38 μm以下に粉砕した。この粉末をアンモニアガス流通下593 K、3 hにて加熱し複合粒子を得た。この複合粒子を放電プラズマ焼結機を用いて焼結体を得た。得られた試料について熱電特性を評価し、微細組織観察を行った。
ゼーベック係数の温度依存性から、Fe2V1+xAl1-xでは窒化処理によりゼーベック係数は大きく減少したが、これは窒化処理によってAlNが選択的に形成されたため母相中の組成比が変化したことに起因する。一方、Alを多く仕込んだFe2V1+xAl1.12-xではxの値によらず、窒化処理により従来のFe2V1+xAl1-xと同等の特性が得られた。また、窒化処理したFe2V1+xAl1.12-x結晶粒内のEPMA組成分析から、単純なFe2V1+xAl1-xと同じ組成比を維持しており、元素マッピング分析から母相の結晶粒表面近傍に300～1000 nmのAlN相が形成していることが確認された。以上より、窒化処理時にAlN相が形成されることを考慮してAlを多く仕込むことにより、p型n型を問わず電子輸送特性の低下を抑制しながらFe2V1+xAl1-x粒界近傍へのAlN相の導入に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
Fe2VAl系合金の粉体に窒化処理を施すことによってAlNのみが選択的に形成し、これを焼結することによって、Fe2VAl系合金の結晶粒界近傍にAlN界面が導入された組織が得られた。また、窒化処理条件によってAlN界面の膜厚制御も可能となった。これは当初予定していた通りの組織が得られる方法論を確立できたと言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
メカニカルグラインディング（MG）によるFe2VAl系合金の微粉化を実施する。現在得られている焼結体中のFe2VAl系合金の結晶粒径は15～20マイクロメートルであり、熱伝導率低減にはサブミクロンオーダー以下に結晶粒径を小さくする必要がある。そのため、MG条件を詳細に検討することによってFe2VAl系合金の微粉化を試みる。また、熱伝導率低減に向けてAlN界面相の薄膜化に向けた窒化処理条件の最適化を同時に実施する。
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Research Products
(5 results)
