| 研究課題/領域番号 |
19H02440
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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26030:複合材料および界面関連
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| 研究機関 | 北陸先端科学技術大学院大学 |
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研究代表者 |
前之園 信也 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (00323535)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
11,830千円 (直接経費: 9,100千円、間接経費: 2,730千円)
2022年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2021年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2020年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2019年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
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| キーワード | ナノ粒子 / 熱電材料 / ナノ構造化 / ナノコンポジット / フォノン散乱 / 格子熱伝導率 / キャリア密度 / 階層的欠陥構造制御 / ナノインクルージョン / 金属硫化物 / ナノ構造制御 / コロイド |
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| 研究開始時の研究の概要 |
地球上で産生されたエネルギーの約7割が200℃以下の低温廃熱として捨てられている。熱電素子により低温廃熱を少しでも電気エネルギーに変換できれば、地球温暖化抑制や省エネ対策に貢献する。しかし、現在研究されている多くの熱電材料はPb、Te、Se等の毒性元素や希少元素を含むため大規模な民生用途に向かない。近年注目されている硫化物熱電材料は安全で資源的にも豊富だが、変換効率が低い。本研究では、種々の硫化物ナノ粒子を化学合成し、それらをビルディングブロックとしてナノコンポジット熱電材料を創製し、熱・キャリア輸送に及ぼす構造の影響を明らかにするとともに、高い変換効率（ZT>1）を達成することを目標とする。
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| 研究成果の概要 |
種々のp型およびn型の熱電ナノ粒子を合成し、これらを組み合わせ、様々なp型およびn型ナノコンポジット熱電材料を創製した。不純物元素をドーピングすることで原子スケールの欠陥を導入したり、ナノ粒子を焼結することでナノスケールの結晶粒界を導入したり、あるいは異種のナノ粒子を配合して焼結することでメソスケールの海島構造を導入することができる。
このように、階層的欠陥構造をコロイド化学的に導入することで、出力因子を最大化させる一方、熱伝導率を大幅に低減することにより、熱電変換性能を向上させることに成功した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
地球上で産生されたエネルギーのうち約7割のエネルギーが200℃以下の低温廃熱として捨てられている現状がある。本研究の成果を基にして、環境調和型硫化物系熱電材料の熱電変換効率を実用化レベルにまで向上できれば、環境調和型硫化物系熱電材料を用いた熱電素子を開発することにより、これらの低温廃熱のエネルギーハーベスティングが実現でき、地球温暖化抑制や省エネ対策に大きく貢献する。
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