| 研究課題/領域番号 |
20K05100
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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26030:複合材料および界面関連
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| 研究機関 | 九州工業大学 (2021-2022)
名古屋工業大学 (2020) |
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研究代表者 |
渡邊 厚介 九州工業大学, 環境エネルギー融合研究センター, 特任助教 (40617007)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 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 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2020年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | ナノ構造化 / 熱伝導率低減 / ホイスラー合金 / 熱電材料 / 異相界面 / 窒化物 / メカニカルグラインディング / クライオミリング / 熱電変換材料 / ナノ複合化 / 窒化処理 / 窒化物界面 / ナノ複合体 / 結晶粒微細化 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
Fe2VAl系材料の結晶粒界面に窒化物を導入したバルクナノ複合体を創出し、熱処理や高温使用時にも微細構造を消失せず性能が劣化しないホイスラー型熱電変換材料を開発する。微粒化したFe2VAl系合金粒子表面近傍のみを窒化させた後に焼結して得られるFe2VAl系合金バルクナノ複合体は、窒化物界面が原子の拡散防止膜となり、結晶粒成長（加熱によるナノ構造消失）の抑制が期待される。本研究ではこのナノ複合体の合成方法の確立と、熱電性能に最適な組織および母相粒子組成を詳細に検討し、Fe2VAl系合金単相と比較して実用的かつ高性能な熱電変換材料を開発する。
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| 研究成果の概要 |
Fe2V1-xAl1+xの結晶粒近傍に拡散防止層としてAlN界面を導入する方法論を確立した。これはFe2V1-xAl1+x+y粉体を所定の条件で窒化処理にてAlNとの複合粒子へと変え、これらを焼結することによって得られた。熱伝導率低減のために、焼結前粉体の微粉化をMGやクライオミリングなどを駆使して実施し、3.9 μmまで粉砕可能となった。最終的にFe2V1+xAl1-x+y焼結体の結晶粒径は1.5 μmまで減少させることに成功し、熱伝導率の30%以上の低減およびAlN相導入による焼結時の粒成長抑制を同時に達成した。上記プロセスにおける組成のズレを制御し、電気的特性の改善が今後の課題となる。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
延性が高い合金のミクロンオーダーへの粉砕は困難であるが、本研究ではMGやCM、さらには窒化処理などを効果的に組合せ、4 μm以下まで粒径を減少させることができた。また、このような高強度で実用的な材料に関して、ナノ構造化および熱的安定性を同時に達成した例はなく、今後の発展が大いに期待できる。今後は母相組成をチューニングし、実用的な熱電材料として研究開発を進めていく。
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