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結晶粒微細化と結晶配向の両立を可能とする新規通電焼結法による高性能熱電材料の開発

研究課題

研究課題/領域番号 17K06861
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 材料加工・組織制御工学
研究機関島根大学

研究代表者

北川 裕之  島根大学, 学術研究院理工学系, 准教授 (00325044)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2018年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2017年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワード焼結 / 結晶・組織制御 / 熱電材料 / 粉末冶金
研究成果の概要

室温付近で高性能なBi2Te3系熱電材料について、周期的一軸圧力下でのパルス通電焼結法により微細結晶粒が結晶配向した材料合成を試みた。典型的なp型材料であるBi0.4Sb1.6Te3について周期的圧力印加により結晶配向が促進されること、焼結温度、保持時間により結晶粒サイズ、結晶配向を制御できることを明らかにした。さらに、結晶配向と電気抵抗率、結晶粒サイズと熱伝導率の関係を示し、本系材料の設計指針に重要な知見を得た。さらに、n型Bi2Te2.7Se0.3についてもp型材料と同様、本手法により組織および物性制御が可能なことを示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で対象としたBi2Te3系材料は、室温付近で動作する高性能熱電材料として知られる一方、その製造プロセスに関する研究は現在も多数行われている。本研究はユニークな材料製造プロセスを提案するとともに、組織と熱電特性の関係を示した。得られた知見が今後のBi2Te3系材料設計指針の一助となることが期待される。

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2020 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Effect of Cyclic Uniaxial Pressure in Pulse-Current Sintering on Microstructure of Bi2Te3-Based Thermoelectric Materials2020

    • 著者名/発表者名
      Ayako Suzuki, Hiroyuki Kitagawa, Kazuaki Hirayama, Anh Hoang Pham, Shigekazu Morito, Takao Etoh, Kotaro Kikuchi
    • 雑誌名

      Journal of Electronic Materials

      巻: 49 号: 5 ページ: 2832-2837

    • DOI

      10.1007/s11664-019-07867-3

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 周期的一軸圧力下でのパルス通電焼結によるn型Bi2Te3系熱電材料の組織制御2018

    • 著者名/発表者名
      北川 裕之, 井戸 翔太, 鈴木 絢子, 菊池 光太郎
    • 雑誌名

      セラミックス

      巻: 53 ページ: 622-624

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Microstructure Control of Bi0.4Sb1.6Te3 Thermoelectric Material by Pulse-Current Sintering under Cyclic Uniaxial Pressure2018

    • 著者名/発表者名
      Ayako Suzuki, Hiroyuki Kitagawa, Shota Ido, Anh Hoang Pham, Shigekazu Morito, Takao Etoh, Kotaro Kikuchi
    • 雑誌名

      Journal of Alloys and Compounds

      巻: 742 ページ: 240-247

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2018.01.269

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Effect of Cyclic Uniaxial Pressure in Pulse-Current Sintering on the Microstructure of Bi2Te3-based Thermoelectric Materials2019

    • 著者名/発表者名
      Ayako Suzuki, Hiroyuki Kitagawa, Kazuaki Hirayama, Anh Hoang Pham, Shigekazu Morito, Takao Etoh, Kotaro Kikuchi
    • 学会等名
      The 38th International Conference on Thermoelectrics
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] p型Bi2Te3系材料の微細組織へ及ぼすパルス通電焼結における周期的圧力の効果2019

    • 著者名/発表者名
      鈴木 絢子,北川 裕之,平山 一章, Anh Hoang Pham,森戸 茂一,衛藤 孝男,菊池 光太郎
    • 学会等名
      第16回 日本熱電学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 周期的一軸圧力下でのパルス通電焼結により作製したClドープn型Bi2Te3系材料の熱電特性2018

    • 著者名/発表者名
      鈴木 絢子,北川 裕之,Anh Hoang Pham,森戸 茂一,衛藤 孝男,菊池 光太郎
    • 学会等名
      粉体粉末冶金協会 平成30年度秋季大会(第122回講演大会)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] p型Bi2Te3系材料の組織制御による熱電特性の変化2018

    • 著者名/発表者名
      鈴木 絢子,北川 裕之,Anh Hoang Pham,森戸 茂一,衛藤 孝男,菊池 光太郎
    • 学会等名
      第15回 日本熱電学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 周期的一軸圧力下でのパルス通電焼結によるBi2Te3系熱電材料の組織に及ぼす焼結保持時間の影響2017

    • 著者名/発表者名
      北川 裕之
    • 学会等名
      第22回通電焼結研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Microstructure and Thermoelectric Properties of Bi0.4Sb1.6Te3 prepared by Pulse-Current Sintering under Cyclic Uniaxial Pressure2017

    • 著者名/発表者名
      Ayako Suzuki, Hiroyuki Kitagawa, Shota Ido, Anh Hoang Pham, Shigekazu Morito, Takao Etoh, Kotaro Kikuchi
    • 学会等名
      JSPM International Conference on Powder and Powder Metallurgy ~60th Anniversary~
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Bi0.4Sb1.6Te3の結晶配向・結晶粒径制御と熱電特性2017

    • 著者名/発表者名
      鈴木 絢子,北川 裕之,井戸 翔太,Anh Hoang Pham,森戸 茂一,衛藤 孝男,菊池 光太郎
    • 学会等名
      第14回 日本熱電学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 周期的一軸圧力下でのパルス通電焼結によるBi0.4Sb1.6Te3の微細構造制御2017

    • 著者名/発表者名
      鈴木 絢子,北川 裕之,井戸 翔太,Anh Hoang Pham,森戸 茂一,衛藤 孝男,菊池 光太郎
    • 学会等名
      日本金属学会 2017年秋期大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2021-02-19  

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