| 研究課題/領域番号 |
21H01628
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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26020:無機材料および物性関連
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| 研究機関 | 豊田工業大学 |
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研究代表者 |
竹内 恒博 豊田工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00293655)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 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 |
18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)
2023年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2022年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2021年度: 12,870千円 (直接経費: 9,900千円、間接経費: 2,970千円)
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| キーワード | 熱電材料 / ゼーベック係数 / 電気伝導度 / 熱伝導度 / 出力因子 / 熱電無次元性能指数 / スペクトル伝導度 / 不純物順位 / ナノバルク材料 / 低格子熱伝導度 / 電子構造制御 / 大きな出力因子 / 大きな無次元性能指数 / 電子構造 / 線形応答理論 / 格子熱伝導度 / 電子物性 / ナノバルク / 非調和格子振動 / 無次元性能指数 / 電子輸送現象 / 精密物性測定 / フォノン制御 / 電子構造計算 / 不純物準位 / フォノン解析 / 格子熱伝導度制御 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
日本が2050年までに実現を目指すカーボンニュートラル社会の構築に寄与する高性能熱電材料を開発するための革新的技術として，本研究では『強散乱極限に達している縮退 半導体のバンド端近傍に不純物準位を形成することで著しく小さな熱伝導度と大きな出力 因子を共存させる手法』を確立する.上記の手法により，世界最高性能の (多結晶状態でZT > 4.0を示す)バルク熱電材料を創製し，省エネルギー技術としての熱電発電のポテンシャルを示すとともに，研究代表者が提案してきた高性能熱電材料設計指針の妥当性を証明する．これにより，熱電材料開発にパラダイムシフトがもたらされることが期待できる．
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| 研究成果の概要 |
本研究では，高性能熱電材料の開発手法を提案し，提案する手法の有効性を証明する研究を行った．
Si-Ge系材料では，Fe3d不純物順位を利用して，ZT > 3を示す材料の開発に成功した．また，Ag2(S1-xSex)系熱電半導体に，V3d不純物順位を導入することで，室温付近でのZTの値を50%以上向上させた．本手法を用いる条件として母相が強散乱極限に達している必要があることも明らかにした．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
熱電材料を開発するためにはゼーベック係数，電気伝導度，熱伝導度を同時に最適化する必要があるが，これらの物性は相関しているために，建設的に材料設計することが難しいと言われてきた．本研究では，ゼーベック係数．電気伝導度，および電子熱伝導度を同時に最適化する方法を提案し，それを証明した．さらに，格子熱伝導度を同時に低減する手法の提案と証明も行っており，新しい考え方を提示している点において学術的価値が高い．結果として得られる材料は．実用化材料の性能を上回っていることから，工学的に意義が高いと判断される．さらに，結果として得られる素子は，省エネルギー社会の構築に資するため，社会的な意義も有している．
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