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アルカリ金属を含む多元系ジントル化合物の合成と熱電材料への応用

研究課題

研究課題/領域番号 26288105
研究種目

基盤研究(B)

配分区分一部基金
応募区分一般
研究分野 無機工業材料
研究機関東北大学

研究代表者

山田 高広  東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (10358260)

連携研究者 山根 久典  東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (20191364)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2016年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2015年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2014年度: 15,210千円 (直接経費: 11,700千円、間接経費: 3,510千円)
キーワード熱電材料 / ジントル化合物 / トンネル構造 / 結晶構造 / 金属間化合物 / 結晶構造解析
研究成果の概要

Na-Tr-Sn系ジントル化合物(Tr=Al, Ga, In, Zn)の焼結体およびインゴットを作製し,それらの熱電特性を評価した.Na2+xGa2+xSn4-x, (x=0.19)の焼結体が最も高い熱電特性を示し,その無次元性能指数(ZT = 0.98, 295 K)は実用材料であるBi2Te3系化合物の値に匹敵した.これらの化合物の結晶構造では,主にSnで構成される3次元的な骨格構造内にトンネルが存在し,その中に1から約1/3の占有率のNaサイトが位置している.このトンネル内のNaの大きなディスオーダーによって,格子の熱伝導率が著しく低下し,高い熱電特性が発現していると考えられた.

報告書

(4件)
  • 2016 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (42件)

すべて 2017 2016 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 7件、 謝辞記載あり 6件) 学会発表 (29件) (うち国際学会 8件、 招待講演 4件) 備考 (4件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Thermoelectric Properties of Na2ZnSn5 Dimorphs with Na Atoms Disordered in Tunnels2017

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Kanno, Takahiro Yamada, Takuji Ikeda, Hideaki Nagai, Hisanori Yamane
    • 雑誌名

      Chemistry of Materials

      巻: 29 号: 2 ページ: 859-866

    • DOI

      10.1021/acs.chemmater.6b04896

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] トンネル空間にNaを含む金属間化合物の熱電特性2016

    • 著者名/発表者名
      山田高広, 山根久典
    • 雑誌名

      セラミックデータブック2016年版

      巻: 44 ページ: 63-66

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Synthesis, Crystal Structure, and Thermoelectric Properties of Na2+xAl2+xSn4-x (x = -0.38, -0.24)2016

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Kanno, Takahiro Yamada, Hisanori Yamane,Hideaki Nagai
    • 雑誌名

      Chemistry of Materials

      巻: 28 号: 2 ページ: 601-607

    • DOI

      10.1021/acs.chemmater.5b04239

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A thermoelectric Zintl phase, Na2+xGa2+xSn4-x with disordered Na atoms in helical tunnels2015

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Yamada, Hisanori Yamane, Hideaki Nagai
    • 雑誌名

      Advanced Materials

      巻: 27 号: 32 ページ: 4708-4713

    • DOI

      10.1002/adma.201501970

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Synthesis of Na2Mg3X2 (X = Sn, Pb) and Na4Mg4Sn3 and their crystal structures and thermoelectric properties2015

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Yamada, Ryo Ishiyama, Hisanori Yamane
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 54 号: 7S2 ページ: 07JC04-07JC04

    • DOI

      10.7567/jjap.54.07jc04

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Synthesis of ternary Si clathrates in the A-Al-Si (A = Na and K) system2015

    • 著者名/発表者名
      Motoharu Imai, Shiva Kumar Singh, Mitsuaki Nishio, Takahiro Yamada, Hisanori Yamane
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 54 号: 7S2 ページ: 07JC02-07JC02

    • DOI

      10.7567/jjap.54.07jc02

    • NAID

      210000145475

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthesis and crystal structures of BaLaSi2 with cis-trans Si chains and Ba5LaSi6 with pentagonal Si rings2015

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Hashimoto, Hisanori Yamane, Takahiro Yamada, Takashi Sekiguchi
    • 雑誌名

      Inorganic Chemistry

      巻: 54 号: 18 ページ: 9188-9194

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.5b01604

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Synthesis, Crystal Structure, and High-Temperature Phase Transition of the Novel Plumbide Na2MgPb2014

    • 著者名/発表者名
      T. Yamada, T. Ikeda, R. P. Stoffel, V. L. Deringer, R. Dronskowski, H. Yamane
    • 雑誌名

      Inorganic Chemistry

      巻: (印刷中) 号: 10 ページ: 5253-5259

    • DOI

      10.1021/ic500466w

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Thermoelectric Zintl Phases with Disordered Na atoms in Tunnel Frameworks2017

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Yamada
    • 学会等名
      The 18th International Symposium on Eco-Materials Processing and Design (ISEPD 2017)
    • 発表場所
      Okinawa Jichikaikan, Okinawa, Japan
    • 年月日
      2017-02-17
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Naを内在したトンネル構造を有するジントル化合物の結晶構造と熱電特性2017

    • 著者名/発表者名
      山田高広, 菅野雅博, 永井秀明, 山根久典
    • 学会等名
      第55回セラミックス基礎科学討論会
    • 発表場所
      岡山コンベンションセンター(岡山県, 岡山市)
    • 年月日
      2017-01-12
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 金属ナトリウムを活用した物質合成と材料開拓2017

    • 著者名/発表者名
      山田高広
    • 学会等名
      日本セラミックス協会マテリアル・ファブリケーション・デザイン研究会
    • 発表場所
      東北大学(宮城県, 仙台市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] トンネル空間に着目したジントル化合物系熱電材料の開拓2017

    • 著者名/発表者名
      山田高広
    • 学会等名
      日本セラミックス協会年会サテライト 第7回エネルギー変換の材料科学研究会
    • 発表場所
      日本大学駿河台キャンパス(東京都, 千代田区)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] トンネル空隙にNaを含む金属間化合物の熱電特性2016

    • 著者名/発表者名
      山田高広, 山根久典
    • 学会等名
      粉体粉末冶金協会 平成28年度秋季大会(第118回講演大会)
    • 発表場所
      東北大学(宮城県, 仙台市)
    • 年月日
      2016-11-09
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Thermoelectric properties of a sodium indium tin compound2016

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Yamada, Michitake Kamamoto, Masahiro Kanno, Hideaki Nagai, Hisanori Yamane
    • 学会等名
      14th European Conference on Thermoelectrics (ECT2016)
    • 発表場所
      Instituto Superior Tecnico, Lisbon, Portugal
    • 年月日
      2016-09-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Na-In-Sn系金属間化合物の結晶構造と熱電特性2016

    • 著者名/発表者名
      山田高広, 竃本倫丈, 菅野雅博, 永井秀明, 山根久典
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第29回秋季シンポジウム
    • 発表場所
      広島大学(広島県, 東広島市)
    • 年月日
      2016-09-07
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Naをトンネル空間に含む金属間化合物の熱電特性2016

    • 著者名/発表者名
      山田高広, 菅野雅博, 山根久典
    • 学会等名
      第13回 日本熱電学会学術講演会
    • 発表場所
      東京理科大学葛飾キャンパス(東京都, 葛飾区)
    • 年月日
      2016-09-05
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 金属間化合物Na2ZnSn5の結晶構造と熱電特性2016

    • 著者名/発表者名
      菅野雅博, 山田高広, 山根久典
    • 学会等名
      第13回 日本熱電学会学術講演会
    • 発表場所
      東京理科大学葛飾キャンパス(東京都, 葛飾区)
    • 年月日
      2016-09-05
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Thermoelectric properties of Na2ZnSn5 ingots2016

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Kanno, Takahiro Yamada, and Hisanori Yamane
    • 学会等名
      9th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing
    • 発表場所
      ICC Kyoto, Kyoto, Japan
    • 年月日
      2016-08-01
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Crystal structures and thermoelectric properties of Na-Tr-Sn (Tr=Al, Ga, In) compounds2016

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Yamada, Masahiro Kanno, Michitake Kamamoto, Hideaki Nagai, Hisanori Yamane
    • 学会等名
      9th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing
    • 発表場所
      ICC Kyoto, Kyoto, Japan
    • 年月日
      2016-08-01
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] トンネル構造を有するNa2ZnSn5の熱電特性2016

    • 著者名/発表者名
      菅野雅博,山田高広,山根久典
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東工大 (東京)
    • 年月日
      2016-03-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Na-In-Sn系金属間化合物の結晶構造と熱電特性2016

    • 著者名/発表者名
      山田 高広, 菅野 雅博, 竃本倫丈, 永井 秀明, 山根久典
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東工大 (東京)
    • 年月日
      2016-03-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Crystal structure and thermoelectric properties of a novel compound synthesized in the Na-Al-Sn system2015

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Kanno, Takahiro Yamada, Hisanori Yamane, Hideaki Nagai
    • 学会等名
      3rd International Conference of Powder Metallurgy in Asia
    • 発表場所
      Kyoto University Clock Tower Centennial Hall (Kyoto, Japan)
    • 年月日
      2015-11-08
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Crystal structure and thermoelectric properties of a novel compound Na1.76Al1.76Sn4.242015

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Kanno, Takahiro Yamada, Hisanori Yamane, Hideaki Nagai
    • 学会等名
      The 9th International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics
    • 発表場所
      International Congress Center EPOCHAL TSUKUBA (Tsukuba, Japan)
    • 年月日
      2015-10-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Crystal structure and thermoelectric properties of sodium-gallium-tin intermetallic solid solutions2015

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Yamada, Hideaki Nagai, Hisanori Yamane
    • 学会等名
      The 9th International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics
    • 発表場所
      International Congress Center EPOCHAL TSUKUBA (Tsukuba, Japan)
    • 年月日
      2015-10-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 新規金属間化合物Na2+xAl2+xSn4-xの結晶構造と熱電特性2015

    • 著者名/発表者名
      菅野雅博, 山田高広, 山根久典, 永井秀明
    • 学会等名
      平成27年度東北北海道支部研究発表会
    • 発表場所
      米沢市市民文化会館 (米沢市)
    • 年月日
      2015-10-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Na-Al-Sn系新規化合物の合成と結晶構造および熱電特性2015

    • 著者名/発表者名
      菅野雅博, 山田高広, 山根久典, 永井秀明
    • 学会等名
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場 (名古屋市)
    • 年月日
      2015-09-13
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] トンネル構造中にNaを含む3元系金属間化合物の熱電特性2015

    • 著者名/発表者名
      山田 高広, 菅野雅博, 竃本倫丈, 永井秀明, 山根久典
    • 学会等名
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場 (名古屋市)
    • 年月日
      2015-09-13
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Na-Ga-Sn3元系金属間化合物の結晶構造と熱電特性価2015

    • 著者名/発表者名
      山田高広, 山根久典 , 永井秀明
    • 学会等名
      第十二回日本熱電学会学術講演会
    • 発表場所
      九州大学 (福岡県春日市)
    • 年月日
      2015-09-07
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 新規化合物Na2+xAl2+xSn4-xの結晶構造と熱電特性2015

    • 著者名/発表者名
      菅野雅博 , 山田高広, 山根久典, 永井秀明
    • 学会等名
      第十二回日本熱電学会学術講演会
    • 発表場所
      九州大学 (福岡県春日市)
    • 年月日
      2015-09-07
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Crystal structure and thermoelectric properties of a sodium gallium tin compound2015

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Yamada, Hideaki Nagai, Hisanori Yamane
    • 学会等名
      34th Annual International Conference on Thermoelectrics
    • 発表場所
      International Congress Center Dresden (Dresden, Germany)
    • 年月日
      2015-06-28
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Na-Ga-Sn系金属間化合物の結晶構造と熱電特性2015

    • 著者名/発表者名
      山田高広, 山根久典, 永井秀明
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2015年年会
    • 発表場所
      岡山市
    • 年月日
      2015-03-18 – 2015-03-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Na-Ga-Sn系ジントル化合物の結晶構造と熱電特性評価2015

    • 著者名/発表者名
      山田高広, 永井秀明, 山根久典
    • 学会等名
      春季第62回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      平塚市
    • 年月日
      2015-03-11 – 2015-03-14
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Na-Al-Sn系新規化合物の合成と結晶構造および電気的特性2015

    • 著者名/発表者名
      菅野雅博, 山田高広, 山根久典
    • 学会等名
      春季第62回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      平塚市
    • 年月日
      2015-03-11 – 2015-03-14
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Na-Ga-Sn系化合物の合成と熱電特性評価2014

    • 著者名/発表者名
      竃本倫丈, 山田高広, 山根久典
    • 学会等名
      平成26年度日本セラミックス協会東北北海道支部研究発表会
    • 発表場所
      秋田市
    • 年月日
      2014-11-06 – 2014-11-07
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Na2MgX, X=Sn, Pbの結晶構造と熱・電気的特性2014

    • 著者名/発表者名
      山田高広, 池田卓史, 山根久典
    • 学会等名
      日本金属学会2014年秋期(第155回)大会
    • 発表場所
      名古屋市
    • 年月日
      2014-09-24 – 2014-09-26
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Na-Ga-Sn系化合物の合成と電気的特性評価2014

    • 著者名/発表者名
      竃本倫丈, 山田高広, 山根久典
    • 学会等名
      平成26年度化学系学協会東北大会
    • 発表場所
      米沢市
    • 年月日
      2014-09-21 – 2014-09-22
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Na-Ag-Sn系化合物の結晶構造と電気的特性2014

    • 著者名/発表者名
      山田高広, 石山亮, 山根久典
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第27回秋季シンポジウム
    • 発表場所
      鹿児島市
    • 年月日
      2014-09-09 – 2014-09-11
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [備考] 東北大多元研 新機能無機物質探索研究センター 新物質・新機能データベース (tI-Na2ZnSn5)

    • URL

      http://cenim-db.sakura.ne.jp/new-feature/768/

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] 東北大多元研 新機能無機物質探索研究センター 新物質・新機能データベース (hP-Na2ZnSn5)

    • URL

      http://cenim-db.sakura.ne.jp/new-feature/761/

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] 東北大多元研 新機能無機物質探索研究センター 新物質・新機能データベース (NaAlSn2)

    • URL

      http://cenim-db.sakura.ne.jp/new-material/660/

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] 東北大多元研 新機能無機物質探索研究センター 新物質・新機能データベース (NaGaSn2)

    • URL

      http://cenim-db.sakura.ne.jp/new-feature/635/

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [産業財産権] 熱電材料、並びにそれを用いた熱電変換素子及び熱電変換モジュール2014

    • 発明者名
      山田高広, 山根久典
    • 権利者名
      山田高広, 山根久典
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2014-200100
    • 出願年月日
      2014-09-30
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

URL: 

公開日: 2014-04-04   更新日: 2018-03-22  

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