2016 Fiscal Year Annual Research Report
Oxide thermoelectric materials with built-in bulk nanoheterostructures
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26289242
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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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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡邊 厚介 九州大学, エネルギー基盤技術国際教育研究センター, 助教 (40617007)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 酸化亜鉛 / 複合ドープ / 微細構造 / 熱電変換材料 / 第二相 / 細孔 / 熱伝導率 / フォノン散乱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
GaとAlを共ドープしたZnO焼結体について、SEM/EBSDを用いて生成結晶相とその結晶子径について詳細に検討したところ、Gaドープ量の増加に伴って、ZnOとは結晶構造の異なる第二相が生成し、同時にZnO母相の結晶子径が著しく減少していることを見出した。結果として、共ドープした試料は100nmオーダーの微細なZnO結晶子と第二相結晶子がナノレベルで複合した複雑な微細構造を有しており、Ga共ドープによる大幅な熱伝導率の低減は、自発的に生成したこのバルクナノへテロ構造に起因することが強く示唆された。一方、CuとAlを共ドープしたZnO試料では、Ga共ドープ試料よりさらに顕著な熱伝導率の低減が観測されたが、SEM/EBSDによる微細構造解析の結果、Ga共ドープ試料で見られたような結晶子径の顕著な現象は認められず、その代わりに数100nmオーダーの微細気孔が生成していることがわかった。この細孔の生成理由は明らかではないが、Cu共ドープ試料における熱伝導率の低減機構は、Ga共ドープ試料とは全く異なると考えられる。Cu共ドープ試料では、Cuドープ量の増加に対応してキャリア濃度が大きく低下しており、CuがZnO母相からAlを脱ドープしているものと考えられる。Alドープ量を増加させることにより、キャリア濃度をある程度補償することができたが、ZT値としてはGa共ドープ試料の0.65には至らなかった。今後、ZnOへのドーパント種を適切に選択することにより、バルクナノへテロ構造を適切に作り分けることができると考えられ、キャリア濃度やナノへテロ構造の最適化により、n型酸化物熱電変換材料として一層の性能向上が可能と考えられる。
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| Research Progress Status |
28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 |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
28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 |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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