2022 Fiscal Year Research-status Report
Establishment of HHP sintering technology for enabling densification of heat-unstable cobalt compounds and applications to thermoelectric materials
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21K04715
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| Research Institution | Kanagawa Institute of Technology |
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Principal Investigator |
茂野 交市 神奈川工科大学, 工学部, 教授 (60707131)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山崎 友紀 法政大学, 経済学部, 教授 (50311048)
相馬 岳 香川高等専門学校, 機械電子工学科, 教授 (60508266)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 熱電材料 / コバルト層状化合物 / 水熱ホットプレス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
熱電材料は温度差を起電力に変換できるため、高性能な材料の開発が実現できればクリーンな新エネルギー源として太陽電池を凌ぐ出力密度のポテンシャルを有する。我々は最近、セラミック系熱電材料では最高レベルの性能を持つCo層状化合物であるNaxCoO2(x=0.80)粉末(以後NCOと略す)を出発物質とし、酸化還元(Redox)法により種々の層間距離を有する化合物粉末の合成に成功した。そして、層間距離の広い化合物粉末をプレスして作製した成形体の熱電特性が出発物質をはるかに超える値であることを見出した。もし、上記粉末を緻密化できれば高性能熱電材料として有望である。しかしながら、これらの化合物は熱安定性に難がある。すなわち、通常の電気炉で緻密に焼結しようとすると900 ℃以上の高温が必要となり層状構造が崩壊してしまう。そこで種々の方法を模索した結果、粉末に水溶液を少量添加して加圧・300 ℃未満で加温するHHP(水熱ホットプレス)法に効果のあることを見出した。従って、本研究の目的を「HHP焼結を用いた熱安定性のないCo層状化合物粉末の緻密化手法の確立と高性能熱電材料の創成」とした。今年度は上記Co層状化合物粉末を用い、HHP焼結の条件(圧力・保持時間)を簡易検討した。その結果、圧力の影響をより大きく受ける、つまり、高圧力であるほど緻密化は進むことが示唆された。ただし、プレスの際の装置の耐圧には制限がある。来年度は、高圧力の印加が可能な装置を用いた本格的な検討を行う予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
COVID-19の影響が続き、所属部署外での焼結実験が困難になっている。そのため、2022年度も焼結前のセラミック粉末合成検討を中心に研究を進めざるを得ない状況であった。2023年度は終息傾向が期待されるため、焼結装置導入も含めた研究加速が望まれる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究期間内に明らかにすることは「種々の層間距離をもつCo層状化合物を合成し、その層状構造を崩壊させることなくHHP焼結により緻密化させ、熱電材料としての可能性を検証すること」である。
(A)Redox法による種々のCo層状化合物の合成手法確立とキャラクタリゼーション：種々の層間距離を持つ新規Co層状化合物の合成に挑戦する。また、新規Co層状化合物の構造や熱安定性は明確になっているわけではないため、組成やCoの価数、熱安定性を分析する。
(B)熱安定性のないCo層状化合物粉末のHHP焼結による緻密化手法の確立：項目Aで合成したCo層状化合物粉末のHHPあるいはそれに準じた方法により緻密化を行う。HHP焼結に適した条件や助剤の探索を系統的に行い、メカニズムを把握する。
(C)緻密化した材料の熱電特性と材料の微細組織との関連性の把握：項目Bで緻密化した材料の熱電特性測定を随時実施する。特に、異なる層間距離を持つCo層状化合物ごとの焼結前(成形体)と焼結後の熱電特性の変化を定量的に把握する。また、焼結した材料の微細構造観察や構造解析、熱分析を随時行い、熱電特性との関連性を把握する。
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| Causes of Carryover |
COVID-19の影響が続き、他の研究プロジェクトを含めた実験の進捗に影響が生じた。そのため、研究代表者の所属機関での焼結装置導入にまでは至らなかった。2023年度はCOVID-19の終息傾向が期待されるため、2022年度に実施できなかった焼結装置導入のための費用を中心にあてる予定である。また、得られた成果を論文として発表するための費用にもあてる予定である。
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