エネルギーハーベスティングのための高性能な鉄ゲルマナイド関連材料の開発

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22KF0390
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: 森 孝雄 国立研究開発法人物質・材料研究機構, ナノアーキテクトニクス材料研究センター, 副センター長 (90354430)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): ABBASSI LINDA 国立研究開発法人物質・材料研究機構, ナノアーキテクトニクス材料研究センター, 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2023-03-08 – 2024-03-31
• Keywords: 熱電材料

Outline of Annual Research Achievements

研究員は前年度に引き続き、合成がとてもチャレンジングである鉄ゲルマナイド系FeGeγ化合物の創製に関して、アーク溶解、石英管での溶解、メカニカルミリング、ボールミリング、焼き入れ、アニーリングなどのさまざまな合成法の最適化を進めて、最終的に鉄ゲルマナイド系FeGeγ化合物の最適な合成方法を確定した。すなわち、FeGeγを合成するためには、良好な均質性を確保するために、アーク炉を使用して鉄元素単体とゲルマニウム元素単体の断片を 3 回溶解した。得られたインゴットは、瑪瑙乳鉢を使用して粉砕して、粉末を活性化するために、ポットとステンレス鋼のボールを備えたボールミルを使用して粉末を 1 時間粉砕した。最後に、本研究の過程で、新規な高温相が発見されたが、低温相を促進するために、500℃で168時間アニーリングステップを実行した。FeGeγ化合物のプロセスに関わるもう一つの難しさとして、FeGeγ相が通常の条件では、合成に成功した粉末を緻密化するための放電プラズマ焼結（SPS）後に、密度の低い試料しか得られないが、特別研究員の研究費で購入した超高圧まで印可できる特注のタングステンカーバイドSPSダイとパンチを購入して実験に活用して、比較的緻密なペレットを得ることに成功した。鉄ゲルマナイド系FeGeγ化合物のドープ体もいろいろ作製して、熱電特性評価を実行して、ゼーベック係数と電気伝導率と熱伝導率の評価を行った。性能指数は 715K で 0.35 が得られた。今後は、本研究で確立した知見により、密度の更なる向上や2次相の制御によって、更なる高性能化得られることが期待できる。

Research Products

• [Presentation] Synthesis of β–FeSi2 by reactive SPS (2023)
  • Author(s): L. Abbassi, D. Mesguich, D. Berthebaud, B. Srinivasan, S. Le Tonquesse, T. Mori, G. Chevallier, C. Estourn, E. Flahaut, R. Viennois, M. Beaudhuin
  • Organizer: International Workshop Thermoelectric materials: from materials chemistry and physics to devices
  • Int'l Joint Research