2023 Fiscal Year Annual Research 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 / コールドシンタリング |
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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成形体同士ではNCOを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 ℃未満で熱処理する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。
今年度は上記層間距離の広いCo層状化合物粉末を用い、上記HHP法と類似し原理的には同等であるCSP(コールドシンタリングプロセス)法による緻密化を検討した。その結果、高圧力印加時に150 ℃以上の熱処理で相対密度約80%以上の緻密化が進むことを見出した。また、熱電特性についても、同じCSP法で作成したサンプル同士では出発物質であるNCOを上回ることがわかった。
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