2015 Fiscal Year Annual Research Report
温度変調によるシリサイドナノバルク結晶創成と熱電応用
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25289081
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
鵜殿 治彦 茨城大学, 工学部, 教授 (10282279)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
板倉 賢 九州大学, 総合理工学研究科(研究院), 准教授 (20203078)
江坂 文孝 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力基礎工学研究部門, 研究主幹 (40354865)
磯田 幸宏 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 電池材料ユニット, 主幹研究員 (80354140)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 熱電変換 / シリサイド半導体 / Mg2Si / MnSi1.75 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Mg2Siと MnSi1.75は300℃～600℃の中温域で、それぞれn型およびp型の熱電変換材料としての利用が期待されている。特にMg2Siはn型で高い熱電能（パワーファクター）を備えるが、熱伝導率が高いために無次元性能指数ZTが低くなってしまっている。一方のMnSi1.75はMg2Siの1/3程度の熱伝導率であるが、こちらも不純物添加で熱伝導率のみを低減出来れば無次元性能指数ZTの高い材料となり、シリサイド系材料で高い熱電性能のpn対が実現でき、高効率な熱電素子の実現へとつながる。
本年度は前年度に続いて不純物添による熱伝導率の低減効果を調べるとともに電界変調および温度変調によるMg2Si, MnSi1.75への不純物偏析を調査した。また、実用化に向けてMg2Si素子の耐熱性および強度について調査した。さらに電極を形成したMg2SiおよびMnSi1.75素子を試作し、出力特性について調査をおこなった。前年度までに見出した不純物の添加効果による熱伝導率の低減によって、溶融Mg2SiでもZTを高めることが可能となり、最終的にSb添加結晶において300KでのZT=0.13および900KでZT=0.83、Bi添加結晶において300KでのZT=0.11および900KでZT=0.90を得た。最大のZT(900K)は焼結材料で報告されている最大のZTと同程度か若干劣るが、300KでのZTは焼結材料と比べて約1.5倍に改善できることがわかった。MnSi1.75では単相結晶を用いることで、300KでのZT=0.15および590KでZT=0.37が得られた。800Kでの出力因子は2x10-3W/mK2と非常に高く、不純物添加による熱伝導率の低減でさらに高いZTが期待できる。また、素子の耐酸化性能、強度に関しては添加不純物に依存したMg2Siの耐酸化性能の向上と低下が生じること、ビッカース高度に変化が生じることがわかった。
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| Research Progress Status |
27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 |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
27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 |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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