III族-遷移金属元素からなる新規熱電変換材料の創製と評価

• 研究課題/領域番号: 23760623
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 金属物性
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 高際 良樹 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助教 (90549594)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2012年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2011年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 金属物性 / 熱電変換材料 / 物性実験 / バンド計算 / 廃熱利用 / 熱電変換 / 狭バンドギャップ / 金属間化合物 / キャリアドープ / 熱電特性 / 結合性評価 / 熱電物性 / MEM/Rietveld解析

研究概要

ノンドープで高いZTを示すRuGa2に関して、Ruを各種ドーパント(Co,Rh,Ir,Ni,Pd)で置換し、熱電特性に与える影響を明らかにした。電子ドープによりn型材料の創製に成功し、Ir-Ru置換で最も高いn型特性(ZTmax=0.31)を示した。その他、RuIn3,FeGa3,RuGa3ベースの金属間化合物に対しても、キャリアドープを行い、p型・n型ともに性能向上に成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Validity of rigid band approximation of PbTe thermoelectric materials (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Takagiwa, Y. Pei, G. Pomrehn, and G. J. Snyder
  • 雑誌名: APL-Materials 巻: vol. 1(印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of Transition Metal (TM: Co, Rh, Ni, and Pd) Substitution for Ru on Thermoelectric Properties for Intermetallic Compound RuGa2 (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Takagiwa, K. Kitahara, and K. Kimura
  • 雑誌名: Materials Transactions 巻: vol.54 ページ: 953-957
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of electron doping on thermoelectric properties for narrow-bandgap intermetallic compound RuGa2 (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Takagiwa, K. Kitahara, and K. Kimura
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: vol.113
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of electron doping on thermoelectric properties for narrow-bandgap intermetallic compound RuGa2 (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Takagiwa, K. Kitahara and K. Kimura
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 113 号: 2
  • DOI: 10.1063/1.4775602
• [雑誌論文] Effects of Transition Metal (TM: Co, Rh, Ni and Pd) Substitution for Ru on Thermoelectric Properties for Intermetallic Compound RuGa₂ (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Takagiwa, K. Kitahara, and K. Kimura
  • 雑誌名: MATERIALS TRANSACTIONS 巻: 54 号: 6 ページ: 953-957
  • DOI: 10.2320/matertrans.E-M2013804
  • NAID: 10031176415
  • ISSN: 1345-9678, 1347-5320
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dopants effect on the band structure of PbTe thermoelectric material (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Takagiwa, Y. Pei, G. Pomrehn, and G. J.Snyder
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: vol. 101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural vacancies of Al-based quasicrystals and anomalous transport property: Positron annihilation studies (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Yamada, M. Saito, H. Suzuki, I. Kanazawa, Y. Takagiwa, and K. Kimura
  • 雑誌名: Physics Procedia 巻: vol. 35 ページ: 51-56
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermoelectric properties of FeGa3-type narrow-bandgap intermetallic compound Ru(Ga,In)3: Experimental and calculational studies (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Takagiwa, K. Kitahara, Y. Matsubayashi, and K. Kimura
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: vol. 111
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermoelectric properties of FeGa3-type narrow-bandgap intermetallic compounds Ru(Ga,In)3: experimental and calculational studies (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Takagiwa, K. Kitahara, Y. Matsubayashi, and K. Kimura
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 111 号: 12
  • DOI: 10.1063/1.4729772
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dopants effect on the band structure of PbTe thermoelectric material (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Takagiwa, Y. Pei, G. Pomrehn, and G. J. Snyder
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 101 号: 9 ページ: 092102-092102
  • DOI: 10.1063/1.4748363
  • 査読あり
• [学会発表] Thermoelectric properties of environmental friendly thermoelectric materials: Zintl compounds (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Takagiwa, A. Zevalkink, K. Kitahara, K. Kimura, and G. J. Snyder
  • 学会等名: TMS2013
  • 発表場所: San Antonio, United States
  • 年月日: 2013-03-04
• [学会発表] Structure, Chemical Bonding, and Thermoelectric Properties of Narrow-bandgap Intermetallic Compounds TM(Al,Ga)2 and TM(Ga,In)3: Calculational and Experimental Studies (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Takagiwa, K. Kitahara, Y. Matsubayashi, Y. Matsuura, K. Kato, M. Takata, and K. Kimura
  • 学会等名: 2012 MRS Fall meeting
  • 発表場所: Boston, United States
  • 年月日: 2012-11-29
• [学会発表] キャリアドーピングがFeGa3の熱電物性に与える影響に関する研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 松浦裕介,北原功一,高際良樹,木村薫
  • 学会等名: 日本金属学会秋期大会
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 2012-09-19
• [学会発表] 電子ドープした金属間化合物RuGa2の熱電特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 高際良樹,北原功一,木村薫
  • 学会等名: 日本金属学会春期大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
  • 年月日: 2012-03-30
• [学会発表] Novel new thermoelectric materials: Al-based icosahedral quasicrystals and binary intermetallic compounds (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Takagiwa, K. Kitahara, Y. Matsubayashi, J. T. Okada, and K. Kimura
  • 学会等名: International Conference of New Science Created by Materials with Nano Spaces; From Fundamentals to Application
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2011-11-26
• [学会発表] 狭バンドギャップ金属間化合物Ga2Ru1-x(Co,Rh)xの熱電特性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 高際良樹,北原功一,木村薫
  • 学会等名: 第8回日本熱電学会学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2011-08-08
• [学会発表] Thermoelectric properties of polygrained FeGa3-type intermetallic compound Ru(Ga,In)3 (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Takagiwa, K. Kitahara, Y. Matsubayashi, and K. Kimura
  • 学会等名: International Conference onThermoelectrics 2011
  • 発表場所: Michigan, United States
  • 年月日: 2011-07-19
• [学会発表] Thermoelectric properties of Al-based quasicrystals and related semiconducting intermetallic compounds (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Takagiwa, I. Kanazawa, and K. Kimura
  • 学会等名: 5th Asia Region International Workshop on Quasicrystals
  • 発表場所: Seoul National University, Korea
  • 年月日: 2011-06-01
• [学会発表] Thermoelectric properties of Al-based quasicrystals and related semiconducting intermetallic compounds (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Takagiwa, I. Kanazawa, and K. Kimura
  • 学会等名: 6th Asia Region International Workshop on Quasicrystals(招待講演)
  • 発表場所: Seoul National University (Korea)
• [学会発表] Thermoelectric properties of polygrained FeGa3-type intermetallic compounds Ru(Ga, In)3 (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Takagiwa, K. Kitahara, Y. Matsubayashi, and K. Kimura
  • 学会等名: International Conference on Thermoelectrics 2011
  • 発表場所: Michigan (USA)
• [学会発表] Novel new thermoelectric materials: Al-based icosahedral quasicrystals and binary intermetallic compounds (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Takagiwa, K. Kitahara, Y. Matsubayashi, J. T. Okada, and K. Kimura
  • 学会等名: International Conference of New Science Created by Materials with Nano Spaces: From Fundamentals to Applications
  • 発表場所: Tohoku University
• [学会発表] キャリアードーピングがFeGa3の熱電物性に与える影響に関する研究
  • 著者名/発表者名: 松浦裕介, 北原功一, 高際良樹, 木村薫
  • 学会等名: 日本金属学会秋期大会
  • 発表場所: 愛媛大学
• [学会発表] Structure, Chemical bonding, and Thermoelectric Properties of Narrow-bandgap Intermetallic Compounds TM(Al,Ga)2 and TM(Ga,In)3: Calculational and Experimental studies
  • 著者名/発表者名: Y. Takagiwa, K. Kitahara, Y. Matsubayashi, Y. Matsuura, K. Kato, M. Takata, and K. Kimura
  • 学会等名: 2012 MRS Fall meeting
  • 発表場所: Boston (United States)
• [学会発表] Thermoelectric properties of environmental friendly thermoelectric materials: Zintl compounds
  • 著者名/発表者名: Y. Takagiwa, A. Zevalkink, K. Kitahara, K. Kimura, and G. J. Snyder
  • 学会等名: TMS2013
  • 発表場所: San Antonio (United States)
  • 招待講演
• [図書] 熱電変換技術の基礎と応用-クリーンなエネルギー社会を目指して- (2011)
  • 著者名/発表者名: 高際良樹,木村薫
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] 熱電変換技術の基礎と応用-クリーンなエネルギー社会を目指して- (2011)
  • 著者名/発表者名: 高際良樹, 木村薫(分担執筆)
  • 総ページ数: 251
  • 出版者: シーエムシー出版
• [備考]
  • URL: http://www.phys.mm.t.u-tokyo.ac.jp/
• [備考]
  • URL: http://www.phys.mm.t.u-tokyo.ac.jp/index.html