バンドエンジニアリングによる新規熱電変換材料の創製と構造機能物性の解明

• 研究課題/領域番号: 26709051
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 構造・機能材料
• 研究機関: 国立研究開発法人物質・材料研究機構 (2015-2016); 東京大学 (2014)
• 研究代表者: 高際 良樹 国立研究開発法人物質・材料研究機構, エネルギー・環境材料研究拠点, 主任研究員 (90549594)
• 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: 23,140千円 (直接経費: 17,800千円、間接経費: 5,340千円); 2016年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2015年度: 14,040千円 (直接経費: 10,800千円、間接経費: 3,240千円); 2014年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円)
• キーワード: 構造・機能材料 / 熱電変換材料 / 狭ギャップ / 擬ギャップ / Zintl化合物 / Tsai型クラスター固体 / 廃熱利用 / 物性実験

研究成果の概要

近年、エネルギーハーベスティングに対する注目度が上がる中で、熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換する「熱電発電」の研究が、実用化に向けて着実に進展している。本研究課題は、電子構造を制御することにより、高い出力を示す新規材料の創製・評価・解析を系統的に行い、構造と機能の関係を明らかにする。その結果、新規材料として、特に、Sb系Zintl化合物およびMoSi2型Al6Re5Si4化合物において有望な特性を得ることに成功した。

研究成果

• [国際共同研究] Michigan State University(米国)
• [雑誌論文] Thermoelectric properties of EuZn2Sb2 Zintl compounds: zT enhancement through Yb substitution for Eu atom (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Takagiwa, Y. Sato, A. Zevalkink, I. Kanazawa, K. Kimura, Y. Isoda, and Y. Shinohara
  • 雑誌名: Journal of Alloys and Compounds 巻: 703 ページ: 73-79
  • DOI: 10.1016/j.jallcom.2017.01.350
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Probing of the pseudogap via thermoelectric properties in the Au-Al-Gd quasicrystal approximant (2017)
  • 著者名/発表者名: Asuka Ishikawa, Yoshiki Takagiwa Kaoru Kimura and Ryuji Tamura
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 95 号: 10 ページ: 104201-104201
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.104201
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Glass-like Lattice Thermal Conductivity and Thermoelectric Properties of Incommensurate Chimney-Ladder Compound FeGeγ (2016)
  • 著者名/発表者名: Naoki Sato, Hideyasu Ouchi, Yoshiki Takagiwa and Kaoru Kimura
  • 雑誌名: Chemistry of Materials 巻: 28 号: 2 ページ: 529-533
  • DOI: 10.1021/acs.chemmater.5b03952
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Improvement in Thermoelectric Performance of Cu-Doped β-Rhombohedral Boron (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Takagiwa, N. Kuroda, E. Imai, I. Kanazawa, H. Hyodo, K. Soga, and K. Kimura
  • 雑誌名: Materials Transactions 巻: 印刷中
  • NAID: 130005158394
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effect of Anomalous Crystal Structure of Iron Aluminides Fe2Al5 and Fe4Al13: Low Phonon Thermal Conductivity and Potentiality as Thermoelectric Materials (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Tobita, N. Sato, K. Kitahara, Y. Takagiwa, and K. Kimura
  • 雑誌名: Materials Transactions 巻: 印刷中
  • NAID: 130005158393
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] First-Principles-Based Phonon Calculation and Raman Spectroscopy Measurement of RuGa2 and RuAl2 with High Thermoelectric Power Factors (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Sato, Y. Takagiwa, A. Kuwabara, N. Uchida, and K. Kimura
  • 雑誌名: Materials Transactions 巻: 印刷中
  • NAID: 130005158406
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Thermoelectric properties of Tsai-type Au-Al-RE (RE: Yb, Tm, Gd) quasicrystals and approximants (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Takagiwa, K. Kimura, K. Sawama, T. Hiroto, K. Nishio, R. Tamura
  • 雑誌名: Journal of Alloys and Compounds 巻: 652 ページ: 139-144
  • DOI: 10.1016/j.jallcom.2015.08.081
  • 査読あり
• [雑誌論文] MoSi2-type narrow band gap intermetallic compound Al6Re5Si4 as a thermoelectric material (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Takagiwa, S. Utada, I. Kanazawa, and K. Kimura
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry C 巻: 3 号: 40 ページ: 10422-10429
  • DOI: 10.1039/c5tc01608h
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Thermoelectric properties of (α-, δ-, ζ-)Ti-Ru-B approximants for the decagonal quasicrystal (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Takagiwa, Y. Miyazaki, T. Yoshida, D. Yanagihara, S. Ueda, K. Kitahara, and K. Kimura
  • 雑誌名: Solid State Sciences 巻: 印刷中 ページ: 32-38
  • DOI: 10.1016/j.solidstatesciences.2015.02.008
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Higher mobility in bulk semiconductors by separating the dopants from the charge-conducting band - a case study of thermoelectric PbSe (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Wang, X. Cao, Y. Takagiwa, and G. J. Snyder
  • 雑誌名: Materials Horizons 巻: 2 号: 3 ページ: 323-329
  • DOI: 10.1039/c5mh00021a
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Thermoelectric Properties of Pseudogap Ti10Ru19B8 and Ti9TM2Ru18B8 (TM: Cr-Cu) Compounds (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Takagiwa, T. Yoshida, D. Yanagihara, and K. Kimura
  • 雑誌名: Journal of Electronic Materials 巻: published online 号: 6 ページ: 1483-1490
  • DOI: 10.1007/s11664-014-3423-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] 実験と計算を組み合わせた擬ギャップ系・狭ギャップ系熱電材料の研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高際良樹
  • 学会等名: 日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2017-03-17
  • 招待講演
• [学会発表] 準結晶および関連結晶の熱電物性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高際良樹
  • 学会等名: 第10回東北大学多元物質科学研究所 新機能無機物質探索研究センターシンポジウム
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2017-02-10
  • 招待講演
• [学会発表] Thermoelectric properties of Al63Cu25Fe12-x(Au,Pt)x quasicrystals (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Maeda, Y. Takagiwa, I. Kanazawa, K. Kimura, S. Ohhashi, and A. P. Tsai
  • 学会等名: The 13th International Conference on Quasicrystals
  • 発表場所: Kathmandu(Nepal)
  • 年月日: 2016-09-19
  • 国際学会
• [学会発表] AlCuFe準結晶の熱電特性: FeサイトのAu, Pt置換効果 (2016)
  • 著者名/発表者名: 前田諒太，高際良樹，金沢育三，木村薫，大橋諭，蔡安邦
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] 13族-遷移金属からなる金属間化合物の熱電特性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 高際良樹
  • 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
  • 年月日: 2016-09-05
  • 招待講演
• [学会発表] Synthesis and measurement of ubiquitous bulk thermoelectric materials (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Takagiwa, Y. Isoda, M. Goto, and Y. Shinohara
  • 学会等名: 2016 International Confederation for Thermal Analysis and Calorimetry
  • 発表場所: Orlando(USA)
  • 年月日: 2016-08-14
  • 国際学会
• [学会発表] Au-Al-Gd系1/1近似結晶の熱電物性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 石川明日香, 高際良樹, 田村隆治
  • 学会等名: 日本金属学会春期大会
  • 発表場所: 東京理科大学
  • 年月日: 2016-03-23
• [学会発表] 鉄-ゲルマニウム系チムニーラダー化合物の熱電特性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐藤直大, 大内秀恭, 高際良樹, 木村薫
  • 学会等名: 日本金属学会春期大会
  • 発表場所: 東京理科大学
  • 年月日: 2016-03-23
• [学会発表] Au-Al-RE (RE: Tb, Tm, Gd)準結晶・近似結晶の熱電特性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 高際良樹, 廣戸孝信, 木村薫, 澤間圭吾, 石川明日香, 田村隆治
  • 学会等名: 日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] バンドエンジニアリングによる鉛カルコゲナイド熱電材料の性能向上 (2015)
  • 著者名/発表者名: 高際良樹, Yanzhong Pei, Heng Wang, Gregory Pomrehn, G. Jeffrey Snyder
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 関西大学
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] チムニラダー型化合物TEγ (T = Ru, Fe, E = Al, Ga, Ge)の熱電物性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐藤直大, 大内秀恭, 高際良樹, 桑原彰秀, 内田紀行, 木村薫
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 関西大学
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] MoSi2型狭バンドギャップ金属間化合物Al6Re5Si4の熱電物性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 高際良樹, 歌田翔真, 金沢育三, 木村薫
  • 学会等名: 第12回日本熱電学会学術講演会
  • 発表場所: 九州大学
  • 年月日: 2015-08-07
• [学会発表] 非整合構造を有するFe-Ge系チムニーラダー化合物の熱電特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐藤直大, 大内秀恭, 高際良樹, 木村薫
  • 学会等名: 第12回日本熱電学会学術講演会
  • 発表場所: 九州大学
  • 年月日: 2015-08-07
• [学会発表] 13族-遷移金属からなる金属間化合物の熱電特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 高際良樹, 北原功一, 木村薫
  • 学会等名: 日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学(東京都, 新宿区)
  • 年月日: 2015-03-22
• [学会発表] Sb系Zintl化合物EuZn2Sb2の熱電特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐藤好貴, 齋藤清生, 金沢育三, 高際良樹, 木村薫
  • 学会等名: 日本金属学会春期講演大会
  • 発表場所: 東京大学（東京都, 目黒区）
  • 年月日: 2015-03-19
• [学会発表] Thermoelectric properties of narrow band gap compounds: experimental and theoretical studies (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Takagiwa
  • 学会等名: 2015 Symposium for the Promotion of Applied Research Collaboration in Asia
  • 発表場所: Ｔａｉｐｅｉ (Taiwan)
  • 年月日: 2015-02-09
  • 招待講演
• [学会発表] Ti-Ru-B系近似結晶の関連物質Ti10Ru19B8及びTi9TM2Ru18B8(TM: Cr-Cu)の熱電特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 高際良樹, 吉田拓也, 木村薫
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 中部大学（愛知県, 春日井市)
  • 年月日: 2014-09-08
• [学会発表] Thermoelectric properties of (α, δ, ζ-)BTiRu approximant crystals of quasicrystal and Ti10Ru19B8 compound (2014)
  • 著者名/発表者名: D. Yanagihara, S. Ueda, T. Yoshida, Y. Miyazaki Y. Takagiwa, and K. Kimura
  • 学会等名: The 18th International Symposium on Boron, Borides and Related Materials
  • 発表場所: Honolulu (USA)
  • 年月日: 2014-09-02 – 2014-09-04
• [学会発表] Thermoelectric properties of complex structure borides: Cu-doped β-boron and ternary Ti10Ru19B8 compounds (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Takagiwa, E. Imai, T. Yoshida, D. Yanagihara, I. Kanazawa, and K. Kimura
  • 学会等名: International Conference on Thermoelectrics 2014
  • 発表場所: Nashville (USA)
  • 年月日: 2014-07-07 – 2014-07-08
• [備考] NIMS研究者データベース
  • URL: http://samurai.nims.go.jp/TAKAGIWA_Yoshiki-j.html
• [備考] ＮＩＭS Ｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ Ｄａｔａｂａｓｅ
  • URL: http://samurai.nims.go.jp/TAKAGIWA_Yoshiki-j.html
• [備考] 東京大学大学院 新領域創成科学研究科 物質系専攻 木村研究室 ホームページ
  • URL: http://www.phys.mm.t.u-tokyo.ac.jp/