| Research Abstract |
本研究の目的は新規層状炭化物ホモロガスシリーズの合成とその結晶構造解析である。この意義は、ゼーベック係数(α)が大きく,導電率(σ)が高く,さらに熱伝導率(κ)の低い(性能指数Z=α_2σ/κの大きい)高性能な熱電変換材料の設計に密接に関係することにある。n型熱電特性の向上を目指し、熱力学的に安定な自然超格子を形成する層状化合物の探索と合成、および結晶構造解析を行った。その結果、一連の層状化合物(MC)_1T_<4m+3n>C_<3m+2n>(M=Zr,Y,Hf,T=Al,Si,Ge)を発見した。この化合物は「導電率の比較的高いMC層」と「導電率の比較的低いT_<4m+3n>C_<3m+2n>層」の化学組成と厚みを制御することで、n型熱電変換特性を操作できる特徴がある。先ず(1,m,n)=(1,1,0)で表される新規化合物の合成に成功し、以前の研究成果と合わせると1≦1≦3かつ1≦m≦2の範囲で可能な新規化合物を全て創製することができた。さらにT_<4m+n>C_<3m+n>の多様化を目指し、(1,m,n)=(0,1,1)と(0,2,1)の新規化合物の合成に成功した。これらの化合物を組み合わせて結晶化することで、さらに多様な新規ホモロガス相を創製することが期待できる。合成した層状炭化物の熱電特性を解析した結果、「導電率の比較的高いMC層」よりも「導電率の比較的低いT_<4m+3n>C_<3m+2n>,層」がより重要であるとの結論に達し、さらに(Al,Si)_<4l+m>(O,C,N)_<3l+m>化学組成の新規化合物探索をおこなった。この化合物は、[(Al,Si)_4(O,C,N)_4]組成の層と[(Al,Si)(O,C,N)2]組成の層が積層する特徴を有している。その結果、(1,m)=(2,1)、(1,1)、(1,2)、(1,3)、(1,4)で表される新規化合物の合成に成功した。今後これらの化合物を組み合わせて結晶化することで、さらに多様な新規ホモロガス相を創製することが期待できる。発見した一連の層状化合物の結晶構造解析にはX線粉末回折法と透過型電子顕微鏡法を用いた。回折データからは不規則構造として記述できた構造は、顕微鏡観察によって微細な分域構造から成ることが確かめられた。これら互いに相補的な評価手法を用いることで、不規則構造を有する結晶構造を粉末回折法で求める方法論の確立にも貢献することができた。
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