2013 Fiscal Year Research-status Report
結晶構造中にかご状空間を有する「ラトリング」酸化物熱電材料の開発
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25620152
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
大瀧 倫卓 九州大学, 総合理工学研究科(研究院), 教授 (50223847)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | β-パイロクロア型酸化物 / かご状結晶構造 / ラトリング / フォノン散乱 / 熱伝導率 / 熱電変換材料 / 非調和振動 / 内包原子 |
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| Research Abstract |
β-パイロクロア型酸化物AB2O6は、大きなかご状の構造中に小さなAカチオンが内包された結晶構造を持つ酸化物で、内包原子の非調和振動が超伝導を誘起するとして注目されているが、熱的特性に関する知見は乏しい。本年度は、ホットプレス装置を利用してATaWO6 (A=K, Rb, Cs)の緻密試料を合成し、内包されたAカチオンのサイズが小さく質量が軽いほど熱拡散率が小さくなるという、従来モデルとは逆の序列を得た。さらに試料の音速測定と熱拡散率からフォノンの平均自由行程を算出し、これがAカチオンのサイズが小さいほど顕著に短縮していることを見出して、酸化物において初めてラトリング運動によるフォノン散乱の増強を実証した。さらに、フォノンの平均自由行程がその理論的限界まで短くなったと仮定したときの最小熱伝導率を計算し、熱伝導率の実測値がこれとほぼ同程度に低いことを明らかにして、この酸化物中で顕著なフォノン散乱が実現していることを示した。また、かご状構造骨格への導電性の付与を目的として、Bサイト原子としてTeを有するAAl0.33Te1.67O6 (A=K, Rb, Cs)などの合成および熱電特性を検討した。AAl.033Te1.67O6の合成には成功したが、現時点では良好な導電性を得るには至っていない。この点については、今後、Bサイト原子としてSbやBiを用いて物質合成を検討し、さらにBサイトの部分置換により②結晶構造の対称性の向上、③金属-酸素配位多面体の対称性の向上を図る。
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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
当初の計画で平成25年度に予定していたAW2O6ATaWO6 (A = K, Rb, Cs)の合成とホットプレスによる緻密化、レーザーフラッシュ法による熱伝導率の測定とその序列の従来モデルとの比較、音速測定によるフォノン平均自由行程の評価とフォノン増強散乱の確認、最小熱伝導率の算出と測定値との比較は順調に終えており、これらの成果は国際学術雑誌論文1報、国際学会口頭発表3件、国内学会口頭発表3件として発表した。一方、かご状酸化物骨格への導電性の付与については、良好な導電性を得るには至っていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
1）Bサイト原子としてSbやBiを用いて物質合成を検討し、さらにBサイトの部分置換により②結晶構造の対称性の向上、③金属-酸素配位多面体の対称性の向上を図る。
2）ラトリングとそれによるフォノン散乱、およびかご状空間内のAカチオンとかご状骨格の関係について、ラマン散乱スペクトルなどの振動スペクトルを測定・評価して、多方面からフォノン散乱減少にアプローチする。また、フォノンの分散関係を調査する。
3）Aカチオンの複合化によるフォノン散乱の増強を試みる。ラトリング原子の複合化は、充填スクッテルダイトなどについて報告例があるのみで、酸化物における検討例は報告されていない。また、Aサイトに2価カチオンを導入することで、n型ドーピングの増強も期待される。
4）高い導電性を持つパイロクロア型酸化物の組成を参考にして、新規良導電性β-パイロクロア型酸化物を探索する。候補となる良導電性パイロクロア型酸化物骨格としては、ルテニウム系パイロクロアM2Ru2O7、イリジウム系パイロクロアM2Ir2O7などが挙げられる。
5）β-パイロクロア型酸化物以外のかご状構造酸化物として、例えばクラスレート型酸化物Cu6O8MXやAg6O8MXなど[7,8]が知られており、金属的伝導性の報告もあるが、熱物性に関する報告はみられない。これらのかご状構造酸化物にも探索対象を拡げ、熱物性の測定と熱電特性の評価を行う。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
物品費に若干の残額が出た。
試薬など実験用消耗品の購入に使用する。
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