室温高圧合成法によるカルコパイライト型化合物の構造と熱電特性の制御

• 研究課題/領域番号: 15H05548
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 構造・機能材料
• 研究機関: 大阪府立大学
• 研究代表者: 小菅 厚子 大阪府立大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (30379143)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 19,630千円 (直接経費: 15,100千円、間接経費: 4,530千円); 2017年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2016年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2015年度: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円)
• キーワード: 熱電材料 / カルコパイライト / 熱的特性 / 電気的特性 / 第一原理計算 / 熱電特性 / 結晶構造 / 室温高圧合成 / 構造機能材料 / 金属物性 / 廃熱利用 / 構造・機能材料

研究成果の概要

本研究課題は、世の中に多く捨てられている温度域の廃熱を効率的に回収することができるバルク状熱電材料を開発するための研究である。そのため、この温度域の既存材料である鉛テルルより環境負荷の低いカルコパイライト系熱電材料に着目し、独自に提案した圧力により欠陥を導入する手法である「室温高圧処理法」を適用し、熱と電気の輸送特性に与える影響について調べた。

研究成果

• [雑誌論文] High-temperature formation phases and crystal structure of hot-pressed thermoelectric compounds with chalcopyrite-type structure (mini-review) (2018)
  • 著者名/発表者名: Atsuko Kosuga*, Yosuke Fujii, and Akito Horie
  • 雑誌名: Rare Metals 巻: 37(4) 号: 4 ページ: 360-368
  • DOI: 10.1007/s12598-018-1031-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-temperature formation phases and crystal structure of hot-pressed thermoelectric CuGaTe2 with chalcopyrite-type structure (2017)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Fujii* and Atsuko Kosuga*
  • 雑誌名: J. Electron. Mater. 巻: 印刷中 号: 6 ページ: 3105-3112
  • DOI: 10.1007/s11664-017-5929-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of the crystal structure on the electronic structure and electrical properties of thermoelectric GeSb6Te10 prepared by hot pressing (2017)
  • 著者名/発表者名: Wanatchaporn Namhongsa, Tatsuro Omoto, Yosuke Fujii, Tosawat Seetawan, and Atsuko Kosuga
  • 雑誌名: Scripta Mater. 巻: 133 ページ: 96-100
  • DOI: 10.1016/j.scriptamat.2017.02.013
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Potential of GeSbTe phase change materials for thermoelectric applications (2016)
  • 著者名/発表者名: Atsuko Kosuga, Hiroki Ishibashi, Yoshiki Kubota, and Kouichi Kifune
  • 雑誌名: Proceedings of the 28th Symposium on Phase Change Oriented Science PCOS2016 巻: なし ページ: 37-40
  • 査読あり
• [雑誌論文] Role of Nanoscale Precipitates for Enhancement of Thermoelectric Properties of Heavily P-Doped Si-Ge Alloys (2016)
  • 著者名/発表者名: Aikebaier Yusufu, Ken Kurosaki, Yoshinobu Miyazaki, Manabu Ishimaru, Atsuko Kosuga, Yuji Ohishi, Hiroaki Muta, and Shinsuke Yamanaka
  • 雑誌名: MATERIALS TRANSACTIONS 巻: 57 号: 7 ページ: 1070-1075
  • DOI: 10.2320/matertrans.E-M2016805
  • NAID: 130005158392
  • ISSN: 1345-9678, 1347-5320
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal structure, microstructure, and thermoelectric properties of GeSb6Te10 prepared by spark plasma sintering (2015)
  • 著者名/発表者名: Atsuko Kosuga*, Kazuki Nakai, Mie Matsuzawa, Yousuke Fujii, Ryoji Funahashi, Takuya Tachizawa, Yoshiki Kubota, and Kouichi Kifune
  • 雑誌名: J. Alloys Compd 巻: 618 ページ: 463-468
  • DOI: 10.1016/j.jallcom.2014.08.183
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-temperature Thermoelectric Properties and Thermal Stability in Air of Copper Zinc Tin Sulfide for the P-type Leg of Thermoelectric Devices (2015)
  • 著者名/発表者名: Atsuko Kosuga, Mie Matsuzawa, Akito Horie, Tatsuro Ohmoto, and Ryoji Funahashi
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: 54 号: 6 ページ: 0618011-0618016
  • DOI: 10.7567/jjap.54.061801
  • NAID: 210000145187
  • 査読あり
• [雑誌論文] ホモロガス構造を有するGe-Sb-Te系化合物の結晶構造と熱電特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小菅厚子、石橋広記、久保田佳基、木舩弘一
  • 雑誌名: 日本金属学会誌 巻: 79 号: 11 ページ: 562-568
  • DOI: 10.2320/jinstmet.JA201506
  • NAID: 130005105615
  • ISSN: 0021-4876, 1880-6880, 2433-7501
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation Phases and Electrical Properties of Ge-Bi-Te Compounds with Homologous Structures (2015)
  • 著者名/発表者名: Tatsuro Omoto, Hiroki Kanaya, Hiroki Ishibashi, Yoshiki Kubota, Kouichi Kifune, and Atsuko Kosuga
  • 雑誌名: J. Electron. Mater 巻: 45 号: 3 ページ: 1478-1483
  • DOI: 10.1007/s11664-015-4083-z
  • 査読あり
• [学会発表] 極低エネルギー光電子分光を用いた低温熱電材料Ge2Sb2Te5の電子状態研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 坪内大樹、藤原秀紀、小菅厚子、飯田琢也、木須孝幸、関山明
  • 学会等名: 第31回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
• [学会発表] Thermoelectric Conversion Technology and Recent Research in My Group (2017)
  • 著者名/発表者名: Atsuko Kosuga
  • 学会等名: 8th International Science, Social Science, Engineering and Energy Conference 2017 (I-SEEC 2017)
  • 発表場所: Pattaya, Thailand
  • 年月日: 2017-03-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] カルコパイライト熱電材料の結晶構造と形成相の詳細解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 藤井洋輔、小菅厚子
  • 学会等名: 第64回 応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] Ge2Sb2-xBixTe5立方晶バルク状材料におけるBi置換が低温熱電特性に与える影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 籠本祐基、小菅厚子
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 立方晶Ge2Sb2Te5バルク状熱電材料のSbサイトへのBi置換の影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 籠本祐基、小菅厚子
  • 学会等名: 第14回日本熱電学会学術講演会（TSJ2017）
• [学会発表] Recent Trends in Research on Cubic Ge-Sb-Te System as Thermoelectric Materials (2017)
  • 著者名/発表者名: Atsuko Kosuga
  • 学会等名: 第29回相変化研究会シンポジウム(PCOS2017)
  • 招待講演
• [学会発表] Crystal structure and low-temperature thermoelectric properties of metastable cubic Ge2Sb2Te5 bulk material (2017)
  • 著者名/発表者名: Tatsuro Omoto, Yoshiki Kubota, Ikuya Yamada, and Atsuko Kosuga
  • 学会等名: 12th Pacific Rim Conference on Ceramic and Glass Technology (PACRIM 12)
  • 国際学会
• [学会発表] Crystal structure and low-temperature thermoelectric properties of metastable cubic Ge2Sb2Te5 bulk material (2017)
  • 著者名/発表者名: Tatsuro Omoto, Yoshiki Kubota, Ikuya Yamada, and Atsuko Kosuga
  • 学会等名: 36th Annual International Conference on Thermoelectrics (ICT2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Effects of Bi substitution on the low temperature thermoelectric properties of metastable cubic Ge2Sb2-xBixTe5 bulk material (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuki Kagomoto and Atsuko Kosuga
  • 学会等名: 36th Annual International Conference on Thermoelectrics (ICT2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis of high-temperature formation phases and thermoelectric properties on CuGaTe2 (2017)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Fujii and Atsuko Kosuga
  • 学会等名: 36th Annual International Conference on Thermoelectrics (ICT2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Thermoelectric Properties of Metastable Cubic Ge2Sb2Te5 Bulk Material (2017)
  • 著者名/発表者名: Atsuko Kosuga
  • 学会等名: IUMRS-ICA2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 異分野融合的アプローチによる新しいナノ・ミクロ構造制御熱電バルク材料とデバイス開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小菅厚子
  • 学会等名: 応用物理学会関西支部セミナー
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
  • 招待講演
• [学会発表] Potential of GeSbTe phase change materials for thermoelectric applications (2016)
  • 著者名/発表者名: Atsuko Kosuga, Hiroki Ishibashi, Yoshiki Kubota, and Kouichi Kifune
  • 学会等名: 第28回相変化研究会シンポジウム(PCOS2016)
  • 発表場所: KKRホテル熱海
  • 年月日: 2016-11-24
  • 招待講演
• [学会発表] Ge2Sb2Te5準安定相バルク状熱電変換材料の結晶構造及び低温熱電特性の評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大本達朗、久保田佳基、山田幾也、小菅厚子
  • 学会等名: 日本金属学会2016年秋期（第159回）講演大会
  • 発表場所: 大阪大学 豊中キャンパス
  • 年月日: 2016-09-21
• [学会発表] 室温高圧処理を行った欠陥含有CuGaTe2の構造と熱電特性の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 藤井洋輔、舩島洋紀、吉田博、山田幾也、小菅厚子
  • 学会等名: 日本金属学会2016年秋期（第159回）講演大会
  • 発表場所: 大阪大学 豊中キャンパス
  • 年月日: 2016-09-21
• [学会発表] Ge2Sb2Te5準安定相バルク状熱電変換材料の結晶構造及び低温熱電特性の評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大本達朗、久保田佳基、山田幾也、小菅厚子
  • 学会等名: 第13回日本熱電学会学術講演会（TSJ2016）
  • 発表場所: 東京理科大学葛飾キャンパス
  • 年月日: 2016-09-05
• [学会発表] 室温高圧処理を行った欠陥含有CuGaTe2の構造と熱電特性解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 藤井洋輔、舩島洋紀、吉田博、山田幾也、小菅厚子
  • 学会等名: 第13回日本熱電学会学術講演会（TSJ2016）
  • 発表場所: 東京理科大学葛飾キャンパス
  • 年月日: 2016-09-05
• [学会発表] Structure and thermoelectric transport analysis of defect containing CuGaTe2 prepared by room-temperature high-pressure synthesis (2016)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Fujii, Hiroki Funashima, Hiroshi Yoshida-Katayama, Ikuya Yamada, Atsuko Kosuga
  • 学会等名: The 35th International Conference on Thermoelectrics (ICT2016)
  • 発表場所: Wanda Reign Hotel Wuhan, Wuhan, China
  • 年月日: 2016-05-29
  • 国際学会
• [学会発表] Ge-Sb-Te準安定相バルク状熱電材料の作製条件の最適化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大本達朗、小菅厚子
  • 学会等名: 日本金属学会 2016年春季（第158回）講演大会
  • 発表場所: 東京理科大学葛飾キャンパス
  • 年月日: 2016-03-23
• [学会発表] Ge-Sb-Te準安定相バルク状熱電材料の作製条件の検討 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大本達朗、小菅厚子
  • 学会等名: 第63回 応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東工大 大岡山キャンプパス
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] Thermoelectric Materials Research Beyond Materials (2016)
  • 著者名/発表者名: Atsuko Kosuga
  • 学会等名: The 10th Nanosquare Workshop
  • 発表場所: 大阪府立大学
• [学会発表] AgGaTe2カルコパイライト構造化合物の高温安定性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 堀江晃斗、小菅厚子
  • 学会等名: 第十二回日本熱電学会学術講演会(TSJ2015)
  • 発表場所: 九州大学筑紫地区総合研究棟
  • 年月日: 2015-09-07
• [学会発表] Cu含有カルコパイライト化合物の作製方法と結晶構造及び熱電特性の関係 (2015)
  • 著者名/発表者名: 藤井洋輔、小菅厚子
  • 学会等名: 第十二回日本熱電学会学術講演会(TSJ2015)
  • 発表場所: 九州大学筑紫地区総合研究棟
  • 年月日: 2015-09-07
• [学会発表] ホモロガス構造化合物Ge-Bi(In)-Te系化合物の結晶構造と熱電特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大本達朗、金谷拓紀、舟橋良次、石橋広記、久保田佳基、木舩弘一、小菅厚子
  • 学会等名: 第十二回日本熱電学会学術講演会(TSJ2015)
  • 発表場所: 九州大学筑紫地区総合研究棟
  • 年月日: 2015-09-07
• [学会発表] Novel Thermoelectric Materials and Applications (2015)
  • 著者名/発表者名: Atsuko Kosuga
  • 学会等名: Sakon Nakhon Rajabhat University International Conference 2015 (SNRU-IC 20115)
  • 発表場所: Sakon Nakhon Rajabhat University, Sakhon Nakhon, Thailand
  • 年月日: 2015-07-24
  • 招待講演
• [学会発表] Crystal structure and thermoelectric properties of In-substituted GeBi6Te10 with homologous structure (2015)
  • 著者名/発表者名: Tatsuro Omoto, Hiroki Kanaya, Ryoji Funahashi, Hiroki Ishibashi, Yoshiki Kubota, Kifune Koichi, and Atsuko Kosuga
  • 学会等名: The 34th International Conference on Thermoelectrics (ICT2015)
  • 発表場所: International Congress Center Dresden, Dresden, Germany
  • 年月日: 2015-06-28
• [学会発表] Substitution effects on the crystal structure and thermoelectric properties of Ge-Sb-Te homologous compounds (2015)
  • 著者名/発表者名: Atsuko Kosuga, Mie Matsuzawa, Tatsuro Omoto, Hiroki Kanaya, Ryoji Funahashi, Hiroki Ishibashi, Yoshiki Kubota, Kouichi Kifune
  • 学会等名: The 34th International Conference on Thermoelectrics (ICT2015)
  • 発表場所: International Congress Center Dresden, Dresden, Germany
  • 年月日: 2015-06-28
• [学会発表] Analysis of thermoelectric transport of CuGaTe2 prepared by room-temperature high-pressure synthesis: experimental and theoretical study (2015)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Fujii, Shyu Miyaue, Hiroki Funashima, Hiroshi Katayama-Yoshida, Ikuya Yamada, Atsuko Kosuga
  • 学会等名: The 34th International Conference on Thermoelectrics (ICT2015)
  • 発表場所: International Congress Center Dresden, Dresden, Germany
  • 年月日: 2015-06-28
• [学会発表] Crystal Structure and Thermoelectric Properties of Ge-Sb-Te Homologous Compounds (2015)
  • 著者名/発表者名: Atsuko Kosuga, Ryoji Funahashi, Hiroki Ishibashi, Yoshiki Kubota, and Kouichi Kifune
  • 学会等名: ENN Phuket Meeting
  • 発表場所: Holiday Inn Phuket Resort and Hotel, Phuket, Thailand
  • 年月日: 2015-05-04
  • 招待講演
• [備考] 大阪府立大学大学院理学系研究科物理科学専攻小菅研究室
  • URL: http://www.p.s.osakafu-u.ac.jp/~a-kosuga/index.html