| 研究課題/領域番号 |
19K04362
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21010:電力工学関連
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| 研究機関 | 津山工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
中村 重之 津山工業高等専門学校, 総合理工学科, 教授 (80207878)
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| 研究分担者 |
赤木 洋二 都城工業高等専門学校, 電気情報工学科, 准教授 (10321530)
奥山 哲也 久留米工業高等専門学校, 材料システム工学科, 教授 (40270368)
荒木 秀明 長岡工業高等専門学校, 物質工学科, 教授 (40342480)
瀬戸 悟 石川工業高等専門学校, 電気工学科, 教授 (50216545)
山口 利幸 和歌山工業高等専門学校, 電気情報工学科, 教授 (60191235)
志賀 信哉 新居浜工業高等専門学校, 環境材料工学科, 教授 (60235512)
加藤 岳仁 小山工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (90590125)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
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| キーワード | 熱発電素子 / 硫化銅スズ / 銀 / 固溶体 / 圧力 / 熱電材料 / 熱電素子 / 銅硫化物 / 銅錫硫化物 / 銀添加 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
現在，市販されている熱電素子はテルルやビスマスなど資源存在量が少なく有毒な元素で構成されている．そこで本研究では，そのような元素を含まない三硫化二銅スズ（Cu2SnS3:CTS）を用いた熱電素子の開発を目指している．我々は，CTSと同様な環境負荷の小さい珪化マグネシウム（Mg2Si）の熱電素子も開発しているが，その過程で圧力を掛けることで性能が上がることが分かった．そこでCTS熱電素子でも同様の効果を期待しイオン半径の大きな等電荷不純物（具体的には銅と同族の銀）を少量添加することで格子に圧力を掛け（化学圧力）熱電性能の向上を目指す．具体的には温度300℃で性能指数（ZT）0.5を目標とした．
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| 研究成果の概要 |
従来のBi-Teに代わる熱発電材料として希少元素や有毒元素を含まない三硫化二銅スズ（Cu2SnS3: CTS）に着目し，イオン半径の大きな等電荷元素（銅と同族の銀）を少量添加することで格子に圧力を掛け（化学圧力），熱電性能の向上を目指した．当初，銀を添加することで電気伝導率が低下し，その結果，熱電性能は向上しなかった．そこで，銀の添加量の最適化を試み，原料Ag/(Cu＋Ag)比は0.01程度で十分なことがわかった．さらに，銀やインジウムの添加量の異なる原料を混合し焼結することで電気伝導率の向上を実現し，最終的に300℃で性能指数ZT約0.3を得ることができた．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
希少元素や有毒元素を含まないCTSに着目し，化学圧力による熱電性能の向上に取り組んだ．本研究の成果の学術的意義は，従来方法より簡便な方法によっても同等な性能を得ることができたことである．そのことによって作成コストを軽減することができ実用化という社会的意義に向けて一歩踏み出せたと考えている．
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