2014 Fiscal Year Annual Research Report
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25289226
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| Research Institution | Toyota Physical and Chemical Research Institute |
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Principal Investigator |
河本 邦仁 公益財団法人豊田理化学研究所, その他部局等, 研究員 (30133094)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
万 春磊 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10641441)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 熱電変換材料 / 超格子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1)STOナノキューブ3D周期配列構造の構築・・・適切な水溶性プレカーサを用いて水熱合成法により～15nm角のナノキューブを合成し、有機溶媒中に分散後、ディップコーティング法により各種絶縁基板上に3D周期配列構造を持つ粒子膜を形成することに成功した。
(2)Nb/La-STOの3D超格子セラミックスの構築・・・前記と同様な水熱合成法を用いてSTOナノキューブ表面にNbをドーピングし、ディップコーティング法で3D超格子粒子膜を形成した後、水素還元雰囲気中で高温焼成することにより粒界Nbドープ自己組織化粒子膜の作製に成功した。
(3)大誘電率極性分子H2O のTiS2へのインターカレーションによるZTの向上・・・大誘電率極性分子としてH2Oを含む複合超格子TiS2(HA)0.08(H2O)0.22(DMSO0.03は，TiS2単結晶に比べてキャリア移動度が増加するために導電率が向上することを突き止めた．しかし，ゼーベック係数は約1/2に低下する．一方，TiS2 単結晶の熱伝導率が室温で4.45 W/mKであるのに対し，複合超格子の室温熱伝導率は0.69 W/mKと6分の1以下に低下するため，室温ZTは0.07から0.21まで3倍に向上した．しかも，大気中で温度上昇とともにZTは単調に増加し，100℃で0.28に達することを示した。
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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
TiS2/有機分子超格子については、高熱電変換性能化の設計指針を見出し、それに基づいて作製したしたハイブリッド材料が極めて良好な性能を示すことを提案することができた。この材料のフィルムないしフォイルを化学構築するための液相剥離-再組織化プロセスの開発にも着手しており、世界をリードする研究を推進中である。
一方、チタン酸ストロンチウム系3次元超格子材料の開発については、STOナノキューブ表面へのNbドーププロセスの開発が若干遅れたが、精力的な実験研究を通じてペースを取り戻しつつある。
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| Strategy for Future Research Activity |
TiS2/有機分子超格子については、無機・有機ハイブリッド材料の持つ本質的な課題であるキャリア濃度の制御法を検討して性能向上につなげていきたい。また、高性能フレキシブルn型熱電変換材料を実用化に結び付けていくため、大面積フィルムないしフォイルを化学構築プロセスを開発する。
チタン酸ストロンチウム系3次元超格子材料の開発については、STOナノキューブ表面へのNbドーピングを実現させ、自己組織化プロセスによって2DEG粒界を持つ3次元超格子を構築して室温で高性能な熱電変換材料を開発する。
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| Causes of Carryover |
チタン酸ストロンチウムのナノキューブ表面にNbドープするためのプロセス開発が計画通り進まず、反応系の再検討をするための時間が必要となったため、当初計画を次年度へ先送りすることになった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
Nbを表面ドープしたSTOナノキューブを用いて、固体基板上に自己組織化プロセスにより膜形成し、高温還元雰囲気焼成を行って3次元超格子を構築した後、各種キャラクタりぜーション及び熱電変換性能を測定・評価するための研究に使用する予定である。
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[Journal Article] Flexible n-type thermoelectric materials by organic intercalation of layered transition metal dichalcogenide TiS22015
Author(s)
⑦C. L. Wan, X. K. Gu, F. Dang, T. Itoh, Y. F. Wang, H. Sasaki, M. Kondo, K. Koga, K. Yabuki, G. J. Snyder, R. G. Yang, K. Koumoto
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Journal Title
Nature Mater.
Volume: 14
Pages: 622-627
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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