| 研究課題/領域番号 |
18H01695
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26010:金属材料物性関連
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| 研究機関 | 豊田工業大学 |
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研究代表者 |
竹内 恒博 豊田工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00293655)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2020年度)
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| 配分額 *注記 |
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2020年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2019年度: 7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円)
2018年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
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| キーワード | 熱電材料 / 熱電発電 / ゼーベック係数 / 電気伝導度 / 熱伝導度 / 電子構造 / 不純物準位 / 強散乱極限 / 熱電物性 / ナノ結晶 / 電子構造制御 / 電子構造計算 / 熱電素子 / 無次元性能指数 / 格子熱伝導度 / バンド計算 / 出力因子 / スペクトル伝導度 / 第一原理計算 / 電子輸送現象 / 熱輸送 / フォノン分散 |
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| 研究成果の概要 |
本研究では，伝導電子が強散乱極限にある熱電半導体において，化学ポテンシャル近傍の電子構造を不純物準位を用いて建設的に変調することで，熱電性能を飛躍的に向上させることを目指した．Si-Ge系材料では，化学ポテンシャルが伝導帯に存在する条件下において，1 at.%のFe置換により熱電性能が著しく向上することを見出した．また，化学ポテンシャルが価電子帯に存在する条件下では，1 at.%程度のAuあるいはNiの添加により性能が向上することを示した．銀カルコゲナイドなどでも同様の効果を確認した．本研究により，熱電材料を高性能化するための新しい指針が構築・確認された．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究では，熱電材料の物性を建設的に制御する指針を与えるとともに，実際に，複数の材料系で，新しい高性能熱電材料の開発に至った．理論的な予測を実験で検証することで，提案する指針が正しいことを証明したことから，同様の指針を用いた熱電材料の開発が促されると考えられる．また，この指針を用いた材料開発が活発に行われることで，エネルギー変換効率が高い熱電発電素子の開発が行われるようになり，排熱からの熱電発電により省エネルギー化が進む．同時に，カーボンニュートラルの実現に向けて，大きな寄与をすると判断される．
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