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宇宙太陽発電のための自己放熱性SiC系熱電変換木質材料の開発

Research Project

Project/Area Number 17656309
Research Category

Grant-in-Aid for Exploratory Research

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Energy engineering
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

畑 俊充  Kyoto University, 生存圏研究所, 講師 (10243099)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 橋本 弘藏  京都大学, 生存圏研究所, 教授 (80026369)
今村 祐嗣  京都大学, 生存圏研究所, 教授 (70151686)
Project Period (FY) 2005 – 2007
Project Status Completed (Fiscal Year 2007)
Budget Amount *help
¥2,900,000 (Direct Cost: ¥2,900,000)
Fiscal Year 2007: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2006: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000)
Fiscal Year 2005: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
Keywords木質炭化物 / 炭化ケイ素 / SiC / 熱電変換 / 熱電特性 / 多孔体 / パルス通電加熱 / 性能指数 / 多孔質 / 宇宙太陽発電 / 木質炭素化物 / 出力因子
Research Abstract

本研究はパルス通電加熱法を用いて、加熱処理中に材料内へ強制的に電子を流し構造をナノレベルで制御することよって、木質炭素材料に熱的異方性を付与し放冷と発電を同時に可能とする高効率な熱電変換材料の開発を目的とする。今年度は、材料の熱的異方性を最大にする条件の検討と、熱電変換効率の最適化の実験を通じて熱電変換効率の更に向上させるために、炭素材料の傾斜性の最適化と熱電変換性能の最適化を行い両方の基礎研究から製造条件の最適化を図った。太陽光発電衛星システムにおける熱移動の管理に寄与する材料開発を行った。
グラファイト層を表面に有する軽量で高熱伝導性の複合材料を作成し、プレス面平行方向と垂直方向の熱伝導率を測定し、ラマン分光装置と走査電子顕微鏡を用いて分析を行った。実験因子は木質炭素の粒度と木質炭素とグラファイトの重量比である。水平面と縦方向の熱伝導率比(KH/KV)は、木質炭素/グラファイト複合材料の方が天然グラファイトのみからなる材料よりも大きく、グラファイト層と木質炭素化層の重量比は10:90の時にKH/KVが最も大きく、最大値10.2を示した。
木質炭素化物とSiO_2の混合物から,N_2ガス雰囲気において1600,1800℃でSiC/C複合体を焼結した。この焼結体の酸化により多孔質SiC/C複合体を作製し、ラマン分光装置と走査電子顕微鏡によって微細構造を分析した。熱電特性を調べたところ、すべてのサンプルがnタイプを示し、酸化によって得られた多孔質SiC/CのサンプルのSeebeck係数(起電力)は、酸化前のSiC/Cのサンプルより大きくなった。酸化なしのSiC/Cサンプルでは1800℃の焼結で熱伝導率は上昇し性能指数(Seebeck係数の2乗と電気伝導率の積を熱伝導率で割った値)は低下した。1800℃で焼結して得た多孔質SiC/C酸化サンプルの熱電特性の性能指数は測定温度700℃で2.01x10^-5K^-1の最も高い値を示し、実用レベルにはまだ到達していないものの酸化しない場合と比較して数百倍の向上がみられた。

Report

(3 results)
  • 2007 Annual Research Report
  • 2006 Annual Research Report
  • 2005 Annual Research Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2008 2007 2006 2005 Other

All Journal Article (10 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (4 results)

  • [Journal Article] Thermoelectric properties of porous SiC/C composites2008

    • Author(s)
      M. Fujisawa, T. Hata, H. Kitagawa, P. Bronsveld, Y. Suzuki, K. Hasezaki, Y. Noda and Y. Imamura
    • Journal Title

      Renewable Energy 33

      Pages: 309-313

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 宇宙太陽発電に利用できる木質熱電変換材料の開発2007

    • Author(s)
      畑 俊充, 藤澤匡志, JOKO SULISTYO, 橋本弘藏, 今村祐嗣
    • Journal Title

      第3回持続的生存圏創成のためのエネルギー循環シンポジウム-バイオマス変換と宇宙太陽発電- 3

      Pages: 19-20

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      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] 熱帯バイオマスの炭素材料としての利用2007

    • Author(s)
      畑 俊充, JOKO SULISTYO
    • Journal Title

      熱帯木質バイオマス資源の持続的生産利用へのロードマップ 70

      Pages: 39-40

    • NAID

      120005398776

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] ウッドカーボンスパッタリングによる成膜と装置最適化のためのXPS分析2007

    • Author(s)
      菊池 光, 畑 俊充, 今村祐嗣
    • Journal Title

      第67回生存圏シンポジウム,木質材料実験棟全国共同利用研究報告会,木質由来高強度材料の木質系構造物への適用 67

      Pages: 1-3

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] 木質炭素化物からの多孔質炭化ケイ素複合材料の作製と熱電特性2006

    • Author(s)
      藤澤匡志, 畑俊充, 鈴木養樹, 北川裕之, 長谷崎和洋, 野田泰稔, 今村祐嗣
    • Journal Title

      第18回傾斜機能材料シンポジウム <FGM2006> 要旨集 18

      Pages: 3-3

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      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] 木質炭素化物から作製した多孔質炭化ケイ素複合材料の熱電特性2006

    • Author(s)
      藤澤匡志, 畑俊充, 鈴木養樹, 北川裕之, 長谷崎和洋, 野田泰稔, 今村祐嗣
    • Journal Title

      第56回日本木材学会大会研究発表要旨集 56

      Pages: 84-84

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      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Formation of Silicon Carbide Nanorods from Wood-Based Carbons2005

    • Author(s)
      T.Hata, V.Castro, M.Fujisawa, Y.Imamura, S.Bonnamy, P.Bronsveld, H.Kikuchi
    • Journal Title

      Fullerenes, Nanotubes, and Carbon Nanostrutures 13

      Pages: 107-113

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      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Thermoelectric properties of SiC/C composites from wood charcoal by pulse current sintering2005

    • Author(s)
      M.Fujisawa, T.Hata, P.Bronsveld, V.Castro, F.Tanaka, H.Kikuchi, Y.Imamura
    • Journal Title

      Journal of the European Ceramic Society 25

      Pages: 2735-2738

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      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] 炭化ケイ素/木質炭素化物複合材料の多孔質化による熱電特性の向上2005

    • Author(s)
      藤澤匡志, 畑 俊充, 今村祐嗣
    • Journal Title

      第2回持続的生存圏創成のためのエネルギー循環シンポジウム-バイオマス変換と宇宙太陽発電- 2

      Pages: 47-48

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      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Renewable Energy

    • Author(s)
      M.Fujisawa, T.Hata, H.Kitagawa, P.Bronsveld, Y.Suzuki, K Hasezaki, Y.Noda, Y.Imamura
    • Journal Title

      Thermoelectric properties of SiC/C composites (accepted)

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      2006 Annual Research Report
  • [Presentation] 木質炭化物から作製した多孔質炭化ケイ素へのArプラズマ処理2008

    • Author(s)
      藤澤匡志, 菊池光, 畑 俊充, 今村祐嗣, 栗本康司
    • Organizer
      第58回日本木材学会大会
    • Place of Presentation
      茨城県,つくば国際会議場(エポカルつくば)
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      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] 多孔質炭化ケイ素複合材料の作製と熱電特性2008

    • Author(s)
      藤澤匡志, 畑 俊充, 北川裕之, 栗本康司, 今村祐嗣
    • Organizer
      2008年春季第55回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      日本大学理工学部船橋キャンパス
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      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] 木質炭化物を原料とした多孔質炭化ケイ素複合材料の多孔性と熱電特性の関連2007

    • Author(s)
      藤澤匡志, 畑 俊充, 北川裕之, P.Bronsveld, 今村祐嗣, 栗本康司
    • Organizer
      第57回日本木材学会大会
    • Place of Presentation
      広島県安田女子大学/広島全日空ホテル
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      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] Characterization of Carbon-Graphite Composite with Anisotropy Behavior in Thermal Properties2007

    • Author(s)
      J. Sulistyo, T. Hata, M. Fujisawa, Y. Suzuki, K. Hashimoto, Y. Imamura
    • Organizer
      第57回日本木材学会大会
    • Place of Presentation
      広島県安田女子大学/広島全日空ホテル
    • Related Report
      2007 Annual Research Report

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Published: 2005-04-01   Modified: 2016-04-21  

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