2017 Fiscal Year Annual Research Report
Nanostructuring of thermoelectric materials via high-energy nonequilibrium processes and their novel functions
| Project/Area Number |
26289246
|
|---|
| Research Institution | Ibaraki University |
|---|
Principal Investigator |
池田 輝之 茨城大学, 工学部, 教授 (40314421)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鵜殿 治彦 茨城大学, 工学部, 助教授 (10282279)
太田 弘道 茨城大学, 工学部, 教授 (70168946)
永野 隆敏 茨城大学, 工学部, 講師 (70343621)
篠嶋 妥 茨城大学, 工学部, 教授 (80187137)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | 熱伝導率 / ギブス-トムソン効果 / 固溶度 / 複合組織 / ナノ構造 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
Siは埋蔵量が豊富で毒性が低いことから熱電材料への適用が期待されている．しかし，Siは熱伝導率が高く，ドーパント固溶度が低いため，キャリア濃度が制限されることから熱電性能が低いという課題がある．第二相としてSbを添加し，ギブズ－トムソン効果を用いてSiのキャリア濃度を向上と本材料の耐用条件を明らかにすることを目的とし，ボールミル法を利用した非平衡プロセスによる試料作製プロセスの検討と熱電特性の評価を行った．
SiにSbを3at.%を添加した試料をボールミリングし，非平衡固溶体の粉末試料を作製した．作製した粉末試料を放電プラズマ焼結(SPS)装置で焼結温度を1000°Cとし，焼結時間は変化させ焼結した．作製した焼結体をアニールし，アニール前後の格子定数およびキャリア濃度の測定を行った．焼結時間5minでは1000℃における平衡濃度以上のキャリア濃度を示した．このことから焼結温度1000°C，焼結時間10minではギブズ－トムソン効果の発現により，固溶度が上昇したと考えられる．焼結時間30minではキャリア濃度が平衡濃度まで低下したことから，本材料を1000°Cで使用する場合の耐用時間は20min以下であると考えられる．
さらに，新しいシリコンのナノ構造化の手法として，シリコンをBoehmiteのナノファイバーと混合しボールミルを行った後，焼結する方法を検討した．予めボールミル法によりAlをナノ粒子化し，水と反応させることにより酸化しBoehmite(AlOOH)のナノファイバーを合成する．次に，SiとBoehmiteを混合しボールミルを行い，Siを微細化する．その後，パルス通電焼結法によりSi-Al2O3粉末を焼結したところ，Si-Al2O3ナノ複合組織が確認された．この組織は特に微細で，粒子の平均径は10nm程度である．この材料の熱伝導率は著しく低いことが明らかになった．
|
| Research Progress Status |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
|
