2014 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 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 / ラマンスペクトル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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。第2年度となる本年度は、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やSbを含有するAAl0.33M1.67O6 (A=K, Rb, Cs, M=Te, Sb)などを合成し、熱電特性を検討した。AAl.033Te1.67O6の導電率は、450℃で10-2 S/cmのオーダーであり、熱電変換材料としては十分とはいえないが、β-パイロクロア系酸化物について報告されている導電率としては最高レベルの値である。この点については、今後、Bサイト原子としてSbやBiを用いた物質合成を検討する。また、Aサイトの少量置換による酸化物骨格への変調ドーピング（ドーパントとドープされる場所が空間的に離れているドーピング）を検討する。Bサイトの部分置換による結晶構造の対称性の向上、金属-酸素配位多面体の対称性の向上についても引き続き検討する。一方、試料の振動スペクトルについては、ラマンスペクトルの測定を行い、ラトリングに帰属されると思われるピークを確認した。詳細な解析は次年度に行う。
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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26年度に予定していたTeやSbをBサイトに含有するβ-パイロクロア型酸化物の合成と熱電特性の測定評価は順調に完了しており、導電率の向上に着いても、絶対値としてはまだ十分ではないものの、本系としては最高レベルの値を得ている。これらの成果は国際学会口頭発表5件、国際学会ポスター発表2件、国内学会ポスター発表1件として発表し、博士課程学生が国内学会ポスター賞1件を授与された。一方、Aカチオンの複合化によるフォノン散乱の増強については、平成26年度は着手できなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
1）引き続きBサイト原子としてSbやBiを用いた物質合成を検討し、さらにBサイトの部分置換により結晶構造の対称性の向上、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、酸化物骨格への変調ドーピングが期待できる。
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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| Causes of Carryover |
物品費に若干の残額が出た。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
試薬など実験用消耗品の購入に使用する。
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