高効率焦電発電体の開発

• 研究課題/領域番号: 24656377
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 無機材料・物性
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 梶谷 剛 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 名誉教授 (80134039)
• 研究分担者: 林 慶 東北大学, 大学院工学研究科, 助教 (70360625)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2013年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2012年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
• キーワード: 廃熱利用 / 電子・電気材料 / 焦電発電 / 強誘電体 / キュリー温度 / BTO

研究概要

本研究は強誘電体の焦電効果を利用して廃熱エネルギーを直接電力に変換するデバイスの開発を目指したものである. 本研究ではBTOに注目して材料開発を行い,加えて望ましい物理的特徴を備えた強誘電体の元素構成や結晶構造について第一原理計算を行った. 次の成果が得られた. 1. Baを2％程度YないしCaと置換した場合、キュリー温度が凡そ5℃上昇する。2. YないしCa置換により観測される分極, Pmax,が大きく増強した. 3.　Ca置換により結晶粒径が増加し, 焦電性能が高まった. 4.強誘電体の誘電性能には構成元素であるTi, ZrあるいはNbのフェルミ準位直下のd電子のバンドが深く関わっている.

研究成果

• [雑誌論文] Al insertion and additive effects on the thermoelectric properties of yttrium boride (2014)
  • 著者名/発表者名: S.Maruyama, A.Prytuliak, Y.Miyazaki, K.Hayashi, T.Kajitani, T.Mori
  • 雑誌名: J. Appl. Phys 巻: 115
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of Multilayer-Type Mn-Si Thermoelectric Device (2014)
  • 著者名/発表者名: T.Kajitani, T.Ueno, Y.Miyazaki, K.Hayashi, T.Fujiwara, R.Ihara, T.Nakamura, M.Takakura
  • 雑誌名: J. Elec. Mat 巻: 43 ページ: 1993-1999
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of Multilayer-Type Mn-Si Thermoelectric Device (2014)
  • 著者名/発表者名: T.Kajitani, T.Ueno, Y.Miyazaki, K.Hayashi, T.Fujiwara, R.Ihara, T.Nakamura, M.Takakura
  • 雑誌名: J. Elec. Mat. 巻: 43 ページ: 1-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Al insertion and additive effects on the thermoelectric properties of yttrium boride (2014)
  • 著者名/発表者名: S.Maruyama, A.Prytuliak, Y.Miyazaki, K.Hayashi, T.Kajitani, T.Mori
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 115
  • 査読あり
• [雑誌論文] 大学院の結晶構造解析（３）回転群と表現行列 II (2014)
  • 著者名/発表者名: 梶谷 剛
  • 雑誌名: 金属 巻: 84 ページ: 83-90
• [雑誌論文] 大学院の結晶構造解析（４）二次元結晶 (2014)
  • 著者名/発表者名: 梶谷 剛
  • 雑誌名: 金属 巻: 84 ページ: 161-166
• [雑誌論文] 大学院の結晶構造解析（５）磁気構造 (2014)
  • 著者名/発表者名: 梶谷 剛
  • 雑誌名: 金属 巻: 84 ページ: 275-285
  • NAID: 40019995212
• [雑誌論文] 大学院の結晶構造解析（６）高次構造の解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 梶谷 剛
  • 雑誌名: 金属 巻: 84 ページ: 374-384
  • NAID: 40020029675
• [雑誌論文] High Performance P-type Manganese Silicon Thermoelectrics (2013)
  • 著者名/発表者名: T.Kajitani, M.Kubouchi, S.Kikuchi, K.Hayashi, T.Ueno, Y.Miyazaki and K.Yubuta
  • 雑誌名: J. Elec. Mat 巻: 42 ページ: 1855-1863
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural, magnetic, and ferroelectric properties of CuFe_<1-x>Mn_xO_2 (2013)
  • 著者名/発表者名: K.Hayashi, R.Fukatsu, T.Nozaki, Y.Miyazaki and T.Kajitani
  • 雑誌名: Phy. Rev. B 巻: 87
  • 査読あり
• [雑誌論文] High Performance P-type Manganese Silicon Thermoelectrics (2013)
  • 著者名/発表者名: T.Kajitani, M.Kubouchi, S.Kikuchi, K.Hayashi, T.Ueno, Y.Miyazaki and K.Yubuta
  • 雑誌名: J. Elec. Mat. 巻: 42 ページ: 1855-1863
  • 査読あり
• [雑誌論文] 大学院の結晶構造解析（１） (2013)
  • 著者名/発表者名: 梶谷 剛
  • 雑誌名: 金属 巻: 83 ページ: 1003-1013
  • NAID: 40019843412
• [雑誌論文] 大学院の結晶構造解析（２）回転群と表現行列 I (2013)
  • 著者名/発表者名: 梶谷 剛
  • 雑誌名: 金属 巻: 83 ページ: 1085-1092
• [雑誌論文] High Performance P-type Manganese Silicon Thermoelectrics (2013)
  • 著者名/発表者名: T.Kajitani, M.Kubouchi, S.Kikuchi, K.Hayashi, T.Ueno, Y.Miyazaki and K.Yubuta
  • 雑誌名: Journal of Electric Materials 巻: 1 号: 7 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1007/s11664-012-2450-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural, magnetic, and ferroelectric properties of CuFe1-xMnxO2 (2013)
  • 著者名/発表者名: K.Hayashi, R.Fukatsu, T.Nozaki, Y.Miyazaki and T.Kajitani
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 87
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced Thermoelectric Performance of a Chimney-Ladder (Mn_<1-x>Cr_x)Si_γ(γ∼1.7) Solid Solution (2012)
  • 著者名/発表者名: Y.Kikuchi,Y.Miyazaki, Y.Saito, K.Hayashi, K.Yubuta, T.Kajitani
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: 51
  • 査読あり
• [雑誌論文] Excellent p-n control in a high temperature thermoelectric boride (2012)
  • 著者名/発表者名: Satofumi Maruyama, Yuzuru Miyazaki, Kei Hayashi, Tsuyoshi Kajitani and Takao Mori
  • 雑誌名: Appl. Phys. Letters 巻: 101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrasonic Heating of Poly(ethylene terephthalate), Polypropylene, High Density Polyethylene, and Low Density Polyethylene Films (2012)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Murao, Takehiro Hosokawa, Tsuyoshi Kajitani
  • 雑誌名: Appl.Phys.Express 巻: 5
  • NAID: 10031005864
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cation Distribution Dependence on Thermoelectric Properties of Doped Spinel M_<0.6>Fe_<2.4>O_4 (2012)
  • 著者名/発表者名: T.Nozaki, K.Hayashi, Y.Miyazaki, T.Kajitani
  • 雑誌名: Mater. Trans 巻: 53 ページ: 1164-1168
  • NAID: 10030630375
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anisotropic Thermoelectric Properties of MnSiγFilm Prepared on R-Sapphire (2012)
  • 著者名/発表者名: K.Takeda, Y.Kikuchi, K.Hayashi, Y.Miyzazki, T.Kajitani
  • 雑誌名: Appl.Phys.Express 巻: 5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anisotropic Thermoelectric Properties of MnSiγ Film Prepared on R-Sapphire (2012)
  • 著者名/発表者名: K.Takeda, Y.Kikuchi, K.Hayashi, Y.Miyzazki, T.Kajitani
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cation Distribution Dependence on Thermoelectric Properties of Doped Spinel M0.6Fe2.4O4 (2012)
  • 著者名/発表者名: T.Nozaki, K.Hayashi, Y.Miyazaki, T.Kajitani
  • 雑誌名: Material Transaction 巻: 53 ページ: 1164-1168
  • NAID: 130004824896
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrasonic Heating of Poly(ethylene terephthalate), Polypropylene, High Density Polyethylene, and Low Density Polyethylene Films (2012)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Murao, Takehiro Hosokawa, Tsuyoshi Kajitani
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 5
  • NAID: 10031005864
  • 査読あり
• [雑誌論文] Excellent p-n control in a high temperature thermoelectric boride (2012)
  • 著者名/発表者名: Satofumi Maruyama, Yuzuru Miyazaki, Kei Hayashi, Tsuyoshi Kajitani and Takao Mori
  • 雑誌名: Applies Physics Letters 巻: 101
  • 査読あり
• [学会発表] イットリウムホウ化物の合成と熱電特性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 丸山恵史、宮崎譲、林慶、梶谷剛、森孝雄
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス、京都府
• [学会発表] 焦電効果に対するd 電子の役割 (2013)
  • 著者名/発表者名: 梶谷剛、相川瑛介、林慶、藤原巧
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス、京都府
• [学会発表] Excellent p- and n-type control and additive effect on thermoelectric properties of aluminoboride (2013)
  • 著者名/発表者名: S.Maruyama, Y.Miyazaki, K.Hayashi, T.Kajitani, T.Mori
  • 学会等名: The 32^<nd> International Conference onThermoelectrics
  • 発表場所: Kobe, Japan
• [学会発表] Structural and pyroelectric properties of Ca-doped BaTiO3 (2013)
  • 著者名/発表者名: K.Hayashi, E.Aikawa, T.Ueno, T.Kajitani, Y.Miyazaki
  • 学会等名: The 32^<nd> International Conference onThermoelectrics
  • 発表場所: Kobe, Japan
• [学会発表] Fabrication of Multilayer-Type Mn-Si and Mg-Si Thermoelectrtic Device (2013)
  • 著者名/発表者名: T.Kajitani, T.Ueno, Y.Miyazaki, K.Hayashi, T.Fujiwara, R.Ihara, T.Nakamura, M.Takakura
  • 学会等名: The 32^<nd> International Conference onThermoelectrics
  • 発表場所: Kobe, Japan
• [学会発表] Fabrication of Multilayer-Type Mn-Si and Mg-Si Thermoelectrtic Device (2013)
  • 著者名/発表者名: T.Kajitani, T.Ueno, Y.Miyazaki, K.Hayashi, T.Fujiwara, R.Ihara, T.Nakamura, M.Takakura
  • 学会等名: The 32nd International Conference on Thermoelectrics
  • 発表場所: Kobe, Japan
• [学会発表] Structural and pyroelectric properties of Ca-doped BaTiO3 (2013)
  • 著者名/発表者名: K.Hayashi, E.Aikawa, T.Ueno, T.Kajitani, Y.Miyazaki
  • 学会等名: The 32nd International Conference on Thermoelectrics
  • 発表場所: Kobe, Japan
• [学会発表] Excellent p- and n-type control and additive effect on thermoelectric properties of aluminoboride (2013)
  • 著者名/発表者名: S.Maruyama, Y.Miyazaki, K.Hayashi, T.Kajitani, T.Mori
  • 学会等名: The 32nd International Conference on Thermoelectrics
  • 発表場所: Kobe, Japan
• [学会発表] 焦電効果に対するd電子の役割 (2013)
  • 著者名/発表者名: 梶谷 剛、相川瑛介、林 慶、藤原 巧
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス
• [学会発表] イットリウムホウ化物の合成と熱電特性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 丸山恵史、宮崎譲、林 慶、梶谷 剛、森 孝雄
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス
• [学会発表] Li0.5Fe2.5O4薄膜の作製とスピンゼーベック効果 (2012)
  • 著者名/発表者名: 田端雅弘、林慶、宮崎譲
  • 学会等名: 応用物理学会東北支部第67回学術講演会
  • 発表場所: 東北大学
• [学会発表] Structural Complexity of High Performance P-Type Magnesium Silicide Thermoelectrics (2012)
  • 著者名/発表者名: T.Kajitani, K.Hayashi, S.Kikuchi, M.Kubouchi, Y.Miyazaki
  • 学会等名: IUMRS-ICEM
  • 発表場所: Yokohama,Japan
• [学会発表] Synthesis and Thermoelectric Properties of YAlxB14 (2012)
  • 著者名/発表者名: S.Maruyama, Y.Miyazaki, K.Hayashi, T.Kajitani, T.Mori
  • 学会等名: IUMRS-ICEM
  • 発表場所: Yokohama,Japan
• [学会発表] High performance p-type magnesiumsilicon thermoelectric semiconductor (2012)
  • 著者名/発表者名: T.Kajitani, M.Kubouchi, S.Kikuchi, K.Hayashi, T.Ueno, Y.Miyazaki
  • 学会等名: The31th International and 10th EuropeanConference on Thermoelectrics
  • 発表場所: Aalborg,Denmark
• [学会発表] Li0.5Fe2.5O4薄膜の作製とスピンゼーベック効果 (2012)
  • 著者名/発表者名: 田端雅弘、林 慶、宮崎 譲
  • 学会等名: 応用物理学会東北支部第67回学術講演会
  • 発表場所: 仙台
• [学会発表] High performance p-type magnesium silicon thermoelectric semiconductor (2012)
  • 著者名/発表者名: T.Kajitani, M.Kubouchi, S.Kikuchi, K.Hayashi, T.Ueno, Y.Miyazaki
  • 学会等名: The31th International and 10th European Conference on Thermoelectrics
  • 発表場所: Aalborg, Denmark
• [学会発表] Structural Complexity of High Performance P-Type Magnesium Silicide Thermoelectrics (2012)
  • 著者名/発表者名: T.Kajitani, K.Hayashi, S.Kikuchi, M.Kubouchi, Y.Miyazaki
  • 学会等名: International Union of Materials research Societies-International Conference on Electronic Matearials
  • 発表場所: Yokohama, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] Synthesis and Thermoelectric Properties of YAlxB14 (2012)
  • 著者名/発表者名: S.Maruyama, Y.Miyazaki, K.Hayashi, T.Kajitani, T.Mori
  • 学会等名: International Union of Materials research Societies-International Conference on Electronic Matearials
  • 発表場所: Yokohama, Japan
• [図書] 第一節酸化物熱電材料による熱電変換「未利用熱エネルギー活用の新開発と【採算性を重視した】熱省エネ新素材・新製品設計/採用のポイント」 (2014)
  • 著者名/発表者名: 梶谷剛
  • 総ページ数: 784
  • 出版者: 技術情報協会
• [図書] 未利用熱エネルギー活用の新開発と熱省エネ新素材・新製品設計/採用のポイント (2014)
  • 著者名/発表者名: 梶谷 剛（共著）
  • 総ページ数: 784
  • 出版者: 技術情報協会