| 研究課題/領域番号 |
19K05111
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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26060:金属生産および資源生産関連
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| 研究機関 | 兵庫県立大学 |
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研究代表者 |
山本 宏明 兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (40326301)
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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 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 非水溶液電解 / 熱電変換材料 / 電析 / 溶融塩 / 鉄-アルミニウム合金 / 亜鉛-アンチモン合金 / 電析法 / 合金薄膜 / 電解作製 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
非水溶液（アルコールや金属塩を溶解した溶融塩）を電解浴に用いた電析法により、熱電変換材料を電解作製する研究を実施する。熱電変換材料は排熱などから導入された材料内の温度差を直接電気エネルギーに変換することが可能である。薄膜とすることで材料の性能向上を目指す。また、電析法は金属塩を溶解した溶液中で電気分解を行うことで溶液中の金属イオンを還元するのと同時に陰極上に金属・合金薄膜を得る方法である。高真空・高温・高圧の作業環境が不要で、イオン源試薬として安価な金属塩を使用するため高純度で高価なレアメタルが不要であることから安価な成膜法である。電析法の特徴をいかした熱電変換薄膜の創成を目指す。
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| 研究成果の概要 |
AlCl3-NaCl-KCl-FeCl2四成分系塩化物溶融塩におけるFe-Al合金の析出挙動を調べ，電解条件と得られる電析物の組成，さらには熱電特性との関係を明らかにすることができた．FeにAlが固溶する組成範囲内においてもゼーベック係数の符号が変化することが確認でき，それは材料の電子的構造の変化によるものであることが分かった．また，アルコールの一種であるエチレングリコール（EG）を用いたEG-ZnCl2-SbCl3非水溶液におけるZn-Sb合金の析出挙動を調べ，浴組成ならびに電解条件とZn-Sb系合金の組成との関係を明らかにし，p型熱電変換特性を有するZn-Sb系合金を作製することができた．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
熱電変換デバイスはp型およびn型熱電変換材料を交互に接続して構成されるため，薄膜状の熱電変換材料を用いて熱電変換デバイスを構成すれば軽量化・高容量化が期待できる．本研究は，Fe-Al系およびZn-Sb系熱電変換材料を電析法により薄膜として作製する条件を明らかにした．Fe-Al合金電析では，組成を制御することでp型やn型の特性をもつ材料をどちらも作製でき，Zn-Sb合金電析では性能が高いことで知られるZn4Sb3を得ることができる条件を明らかにした．薄膜構造を活かした安価な熱電変換デバイスの創成が期待できる成果が得られたと考える．
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