2012 Fiscal Year Annual Research Report
シェブレル硫化物およびスタナイト構造硫化物からなる高効率高温熱電材料の創製
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24360314
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Muroran Institute of Technology |
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Principal Investigator |
平井 伸治 室蘭工業大学, 工学研究科, 教授 (10208796)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
葛谷 俊博 室蘭工業大学, 工学研究科, 助教 (00424945)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 熱電材料 / 硫化物 / シェブレル化合物 / スタナイト型多元系硫化物 / CZTS / 非化学量論組成 / 焼結体 |
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| Research Abstract |
【Cu及びLiシェブレル相】直接反応法による銅シェブレル相およびリチウムシェブレル相化合物の合成を試みた。アンプルの加熱条件は、銅シェブレル相の場合は1323Kにおいて2日間保持し、その他の場合は973Kで3日間保持した。その後、パルス通電焼結装置を用い、真空中50MPaの加圧下で1273Kで3.6ksの焼結を行った。Cu:Mo:sがモル比で1:3:4、Li_2s:Mo:Sがモル比で2:6:6のそれぞれの混合物の直接反応により、前者ではCu_<3.66>Mo_6S_8単相、後者ではLi_<3.3>Mo_6S_8に微量のLiMo_6S_8を含む混合相が得られた。また、Li_2S:Mo:Sがモル比で3:6:5の混合粉末を用い、直接反応後に急冷するとLi_<3.3>Mo_6S_8単相が得られた。なお、Cu_<3.66>Mo_6S_8単相粉末を用いて焼結体を作製したところ、焼結前と変わらないCu_<3.66>Mo_6S_8単相の生成が確認され、また出力因子は573Kにおいて450μW/K^2mとなった。【CZTS】出発原料にCu_2S、ZnS、SnS_2を用い、パルス通電焼結装置を用いて直接反応させることによりCZTS焼結体を作製した。混合粉末をパルス通電焼結装置を用いて真空雰囲気中50MPaの圧力を加えながら、973K、3.6ks焼結した。各焼結体のXRD結果から、CZTS単相の生成が確認された。焼結体断面のSEM観察から焼結体中に空孔の生成を確認した。またSEM-EDS分析から、いずれの焼結体においても組成が均一であることを確認した。ICP分析によりCu、Zn、Snの金属元素の組成を調べたところ、焼結後の組成と仕込み組成に変化は無かったため、金属元素の揮発は無いものと判断した。比抵抗(ρ)については、化学量論組成の試料に比べ、不定比の試料の方が低い値となった。しかし、不定比の試料でρを比較すると、組成依存性は見られなかった。ゼーベック係数(S)については、化学量論組成の試料が最も高い値となった。熱伝導率については、化学量論組成の試料が最も低い値となった。無次元性能指数(ZT)は組成がCu_<2.3>Zn_<0.7>SnS_<3.85>の試料が最も大きな値となり、Cu_<2.1>Zn_<0.9>SnS_<3.95>と従来の報告データを比べるとほぼ同等な値となった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の目的は、資源供給に不安がなく環境負荷のない元素から構成され、しかも10%の理論発電効率を達成するために無次元熱電性能指数(ZT)が0.89を超えるpとn型の高効率熱電材料を開発するものである。これまでシェブレル化合物とスタナイト化合物において良好な熱電特性を確認している他、単結晶育成についても準備を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
400～800℃の廃熱を利用した熱電発電において10%の理論発電効率を達成するために無次元熱電性能指数(ZT)が0.89を超えるpとn型の高効率熱電材料を開発する。単結晶の育成とナノ粒子の合成の両端からこの分野のブレークスルーを成し遂げたいと考えている。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
原料の調達は軽希土類の価格が安定し始めているため問題ないが、合成や焼結実験では不純物の混入を避けるため専用の器具・装置が必要である。このような消耗品の購入に充当したい。
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