| 研究課題/領域番号 |
20K05060
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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26010:金属材料物性関連
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| 研究機関 | 名古屋工業大学 |
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研究代表者 |
西野 洋一 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 研究員 (50198488)
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| 研究分担者 |
宮崎 秀俊 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10548960)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | ホイスラー合金 / 熱電変換材料 / 擬ギャップ / ゼーベック効果 / 電子構造 / 元素置換 / 非化学量論組成 / 熱伝導率 / 熱電変換 / 電子構造制御 / Ru基化合物 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
擬ギャップ系Ru基ホイスラー化合物について，元素置換や非化学量論効果を利用して擬ギャップ内のフェルミ準位を最適化することで，電気抵抗率の低減と同時にゼーベック係数が大幅に増大することを追究し，出力因子8 mW/mK2を目標にして性能向上を図る。このような熱電性能の向上は，Fe2VAlと同様にフェルミ準位の剛体バンド的なシフトに起因することを証明して，擬ギャップ工学による熱電材料設計法の有効性を実証する。
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| 研究成果の概要 |
擬ギャップ系ホイスラー化合物Ru2TiSiはp型でゼーベック係数は700 Kで185μV/Kを示し、出力因子は830 Kで4.4 mW/mK2に達した。一方、Ta置換したRu2Ti1-xTaxSiはn型となり、x=0.03のゼーベック係数は680 Kで-155μV/Kを示す。Ru2TiSiの熱伝導率は300 Kで約20 W/mKであるが、Ta置換によりx=0.20で4.5 W/mKまで低下した。p型Ru2TiSiの無次元性能指数は1000 KでZT=0.42、n型x=0.20合金では900 KでZT=0.42に向上し、バルクのホイスラー化合物熱電材料において最高性能を実現した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
車載用熱電材料としてFe2VAlのような擬ギャップ系ホイスラー化合物が有望と考えて研究開発を行ってきたが，より高温の廃熱を有効利用するためには熱電性能のピーク温度の向上が不可欠である。Ru基ホイスラー化合物では，Fe2VAl系と比較して擬ギャップのエネルギー幅が広いため熱電性能のピークがより高温側に出現するだけでなく，重元素を含む化合物のため熱伝導率の低減も可能である。高性能の熱電材料を自動車やオートバイなどの移動体における熱電発電に応用することにより，温室効果ガスの削減に貢献できる。
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