| Research Abstract |
ゼーベック係数,電気伝導度,熱伝導度をα,σ,κ,とすると,熱電材料の特性は性能指数Z=α^2σ/κあるいはこれに温度Tを乗じた無次元性能指数ZTで表され,この値が大きいほど熱-電気の変換効率が高く,実用化を目指してZT=1を越える材料の探索が行われている.世界的に多種多様の材料が熱電材料の可能性を試されているが,我々は独自にBiなどの有害元素を含まないRuやMnのシリサイドに注目して,これらシリサイドが示すマルチモルフィズムと名づけた特異な微細組織を制御して良好な熱電特性を付与することを目指している.本年度は特にRu_2Si_3-Re系についてSi副格子の変調組織を伴う3元化合物の固溶範囲を調べ,一連の3元化合物化合物について組成と結晶構造を決定し,熱電特性を調べた.Ruシリサイドでは,Re添加により広い範囲でチムニーラダー相が形成され,Si/(M+Mn)-Mnプロット(M=Mn,Ir)によりp-n伝導の制御が出来る.かなり広い組成範囲の一連のチムニーラダー相が1つの試料に密に形成され,金属副格子の結晶方位は一定に保たれた中でSi副格子の周期が変化するため,電気伝導は阻害されず,熱伝導のみ低下する熱電材料として理想的な界面が多数形成される.このようなマルチモルフ界面を一方向に密に揃えるべく一方向凝固実験を行い,単結晶状の試料を得て,熱電特性を測定すると,界面密度が増加するにつれ,フォノンの界面散乱により熱伝導度は低下するものの,電気伝導度は殆んど影響を受けず,性能指数が向上する.無次元性能指数は,界面密度の増加につれ,最高値で0.62から0.86へと増大した.これは,マルチモルフィズムを利用したナノ組織制御により熱電特性を飛躍的に向上させることができることを顕示している.
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