シリコンクラスレート化合物の単結晶化による高性能熱電発電材料の探索に関する研究

• 研究課題/領域番号: 24760538
• 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: 九州大学
• 研究代表者: 宗藤 伸治 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20380587)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2014年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2013年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2012年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: 熱電材料 / クラスレート / ゼーベック係数 / 比抵抗 / 移動度 / パワーファクター

研究成果の概要

チョクラルスキー法によるBa8AlxSi46-xクラスレート単結晶作製を行った。作製された単結晶のパワーファクターは多結晶に比べて2倍の性能を示すことが分かった。これは、単結晶化により粒界によるキャリア散乱が無くなり、電子移動度が上昇したためと考えられる。
融液のAl 含有量を増やした融液からの単結晶引き上げにより、Al 組成比の大きい単結晶作製を行った。パワーファクターが1.1×10-3 V2/K2･Ωmの高性能な材料の作製に成功した。また、ユニレッグ型の熱電発電モジュールの作製を作製し、約0.13Wの出力を得ることに成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Reinvestigation of Thermoelectric Properties of n- and p-Type Ba8－d Au x Si46－x－y Clathrate (2014)
  • 著者名/発表者名: Shinji Munetoh, Makoto Saisho, Takuya Oka, Toshiko Osada, Hideshi Miura, Osamu Furukimi
  • 雑誌名: Journal of Electronic Materials 巻: to be published 号: 6 ページ: 2430-2434
  • DOI: 10.1007/s11664-014-3118-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermoelectric Properties of Ga-Doped Ba8Al x Si46－x Clathrate (2014)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Onizuka, Takuya Oka, Toshiko Osada, Hideshi Miura, Shinji Munetoh, Osamu Furukimi
  • 雑誌名: Journal of Electronic Materials 巻: 43 号: 6 ページ: 2059-2063
  • DOI: 10.1007/s11664-013-2948-6
• [雑誌論文] Synthesis and thermoelectric properties of p-type Ba8AuxSi46-x clathrate (2012)
  • 著者名/発表者名: Makoto Saisho, Liu Bin, Yuya Nagatomo, Yusuke Nakakohara, Ryo Teranishi and Shinji Munetoh
  • 雑誌名: Journal of Physics Conference Series 巻: 379 ページ: 12009-12009
  • DOI: 10.1088/1742-6596/379/1/012009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermoelectric properties of single crystalline Ba8AlxSi46-x clathrate by using flux Czochralski method (2012)
  • 著者名/発表者名: Yuya Nagatomo, Naoki Mugita, Yusuke Nakakohara, Makoto Saisho, Mikihito Tajiri, Ryo Teranishi and Shinji Munetoh
  • 雑誌名: Journal of Physics Conference Series 巻: 379 ページ: 12008-12008
  • DOI: 10.1088/1742-6596/379/1/012008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Annealing Time Dependence on the Phase Equilibria and Thermoelectric Property of Type-I Ba8Cu6Ag2Si38 Clathrate (2012)
  • 著者名/発表者名: Bin Liu, Makoto Saisho, Yuya Nagatomo, Takuya Oka, Toshiko Osada, Hideshi Miura, Osamu Furukimi, Shinji Munetoh
  • 雑誌名: Journal：Applied Mechanics and Materials 巻: 310 ページ: 59-62
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/amm.310.59
  • 査読あり
• [学会発表] Synthesis and Thermoelectric Properties of Polycrystalline Ba8AlXSi46-X Clathrate (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiromitsu Ohnaka, Keisuke Shimonish, Toshiko Osada, Hideshi Miura, Shinji Munetoh, Osamu Furukimi
  • 学会等名: The 15th IUMRS-international Conference in Asia
  • 発表場所: 福岡大学
  • 年月日: 2014-08-26
• [学会発表] Thermoelectric Properties of n- and p-Type Ba8 Aux Si46-x Clathrate (2013)
  • 著者名/発表者名: Shinji Munetoh, Makoto Saisho, Takuya Oka, Toshiko Osada, Hideshi Miura and Osamu Furukimi
  • 学会等名: The 32nd International Conference on Thermoelectrics
  • 発表場所: 日本、神戸市
• [学会発表] Thermoelectric properties of Ga-doped Ba8 Alx Si46-x clathrate (2013)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Onizuka, Shinji Munetoh, Osamu Furukimi, Takuya Oka, Hideshi Miura and Toshiko Osada
  • 学会等名: The 32nd International Conference on Thermoelectrics
  • 発表場所: 日本、神戸市
• [学会発表] Structure stability of Ba8 Alx Si46-x clathrates by using first-principles calculations. (2013)
  • 著者名/発表者名: Takuya Oka, Yuya Nagatomo, Toshiko Osada, Hideshi Miura, Osamu Furukimi and Shinji Munetoh
  • 学会等名: The 32nd International Conference on Thermoelectrics
  • 発表場所: 日本、神戸市
• [学会発表] Chemical composition of Cu substitution Si based clathrate after annealing (2013)
  • 著者名/発表者名: Bin Liu , Takuya Oka , Toshiko Osada , Hideshi Miura , Osamu Furukimi and Shinji Munetoh
  • 学会等名: The 32nd International Conference on Thermoelectrics
  • 発表場所: 日本、神戸市
• [学会発表] Ba8CuxSi46-xクラスレート化合物の熱電性能 (2012)
  • 著者名/発表者名: 最所 誠、長友雄也、Liu Bin、宗藤伸治、古君 修
  • 学会等名: 第九回日本熱電学会学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学
• [学会発表] Synthesize of n and p-type thermoelectricmaterials type-I Ba8CuxAgySi46-x-yclathrates by act-melting and annealingmethod (2012)
  • 著者名/発表者名: Liu Bin、最所 誠、長友雄也、古君 修、宗藤伸治
  • 学会等名: 第九回日本熱電学会学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学
• [学会発表] CZ法によるBa8AlxSi46-xクラスレートの単結晶作製及び熱電性能評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 宗藤伸治、長友雄也a)、最所 誠a)、古君 修a)
  • 学会等名: 第九回日本熱電学会学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学