| 研究領域 | 配列ナノ空間を利用した新物質科学:ユビキタス元素戦略 |
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| 研究課題/領域番号 |
22013019
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| 研究種目 |
特定領域研究
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
理工系
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| 研究機関 | 独立行政法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
今井 基晴 独立行政法人物質・材料研究機構, 超伝導物性ユニット, グループリーダー (90354159)
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| 研究分担者 |
鵜殿 治彦 茨城大学, 工学部, 准教授 (10282279)
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| 研究期間 (年度) |
2010 – 2011
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| 研究課題ステータス |
完了 (2011年度)
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| 配分額 *注記 |
4,400千円 (直接経費: 4,400千円)
2011年度: 2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
2010年度: 2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
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| キーワード | クラスレート / シリコン / シリサイド / 半導体 |
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| 研究概要 |
持続可能な社会発展のためには、太陽光発電を可能にする太陽電池や廃熱を利用して発電ができる熱電変換素子が必要である。更にこれらの材料は地球上における埋蔵量が比較的多い元素、ユビキタス元素、から構成されることが理想的である。このような材料の候補の一つとして、いわゆるユビキタス元素Si(地殻埋蔵量第1位)を主な構成元素とする化合物であり、金属を内包する籠状ネットワークSi20、Si24をモチーフとする配列ナノ空間物質Siクラスレート(包接化合物)M8Si46が考えられる。Siクラスレートは太陽電池材料、熱電変換材料として有望視されているが、従来合成されてきたSiクラスレートは金属であり、これらの用途には適さなかった。本研究課題では、二元系アルカリ金属SiクラスレートK8Si46の8個のSi原子を13族元素Ga原子に置換することによって半導体Siクラスレートを合成することを提案している。本年度は、昨年度合成したK8Ga8Si38の光吸収係数測定および電気抵抗測定を行った。光吸収回数測定によりK8Ga8Si38は約0.1eVのエネルギーギャップを持つ間接遷移型半導体であることが明らかになった。このエネルギーギャップの値は第一原理計算で予想された値よりも約1eV小さい。2-300Kでの電気抵抗測定の結果、電気抵抗率は温度の上昇とともに小さくなることが分かった。これはK8Ga8Si38が半導体であることと一致している。またこの温度領域ではK8Ga8Si38の伝導機構が可変領域ホッピングモデルで表されることが分かった。
また、配列ナノ空間物質であるZintl相シリサイドBaSi2、Sr1-xBaxSi2の合成・物性評価も行った。特に、BaSi2の格子定数の温度変化を粉末X線回折により調べ、BaSi2の熱膨張係数がSiや他の遷移金属ダイシリサイドに比べて大きいことが明らかになった。
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