2014 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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| Research Institution | Muroran Institute of Technology |
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Principal Investigator |
平井 伸治 室蘭工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10208796)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
葛谷 俊博 室蘭工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00424945)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 不定比組成 / CZTS / 固相反応焼結 / 2次焼結 / 熱電特性 / 無次元性能指数 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最初に、固相反応焼結によりCu過剰不定比組成CZTS焼結体（以下、1次焼結体）を作製し、次に、これを粉砕した微細な粉末を用いて2次焼結を行うことにより同じ組成の緻密な焼結体（以下、2次焼結体）を作製することにした。
市販のCu2S、ZnS、SnS2粉末（高純度化学製）を出発原料に用いた。目標組成がモル比でCu2S：ZnS：SnS2＝1：1：1（Cu2ZnSnS4）の定比組成、1.15：0.7：1（Cu2.3Zn0.7SnS3.85）の不定比組成になるように混合した粉末を、パルス通電焼結装置を用いて真空中、20 MPaの加圧下にて、焼結温度773 K、焼結時間3.6 ksの下で固相反応焼結させ、1次焼結体を作製した。この1次焼結体を遊星型ボールミルにより粉砕し、微粉末化した。続いて、得られた粉末を、再びパルス通電焼結装置を用いて80 MPaの加圧下にて1次焼結と同様の焼結条件において焼結し、2次焼結体を作製した。
焼結体断面研磨面の観察から、1次焼結体では明らかに２相が混在し、また空隙も存在したが、2次焼結体は組織が単相かつ空隙の大幅な減少が確認された。
不定比組成2次焼結体の熱電特性は、焼結条件が高加圧かつ高温の1次焼結体と較べてSはわずかに減少するものの、緻密化によりρが減少した。出力因子Pは、Sの減少よりもρの減少の影響が大きいため、1次焼結体と較べて2次焼結体は増加した。また、熱伝導率κは1次焼結体と較べて大きな変化はなく、空隙の存在による熱伝導率の低下は見られなかった。従って、ZT値を比較すると、焼結条件が高加圧かつ高温の1次焼結体では560 K付近で0.13であるのに対し、2次焼結体ではρが著しく減少し、κに大きな変化がなかったことから、同じ561 Kにおいて0.18まで増加した。今回作製した定比組成2次焼結体と比較すると、Cu過剰不定比組成2次焼結体のZT値は560 K付近で約4倍、他は約10倍増加した。
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| Research Progress Status |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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