クラスレート系化合物の物質探索

2011 年度 研究成果報告書

• 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
• 研究課題/領域番号: 19051011
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 山中 昭司 広島大学, 工学研究院, 特任教授 (90081314)
• 連携研究者: 高畠 敏郎 広島大学, 大学院・先端物質科学研究科, 教授 (40171540)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2011
• キーワード: クラスレート / 超伝導 / 熱電変換 / ユビキタス元素 / 超高圧合成 / 格子振動 / 熱伝導 / 単結晶育成

研究概要

高温高圧条件を用いて, 新規シリコンクラスレート系化合物の物質探索を行った。Na-Si 系におけるタイプII 型クラスレートの単結晶育成と構造解析に成功した。La-Si２元系およびCa-Al-Si, Mg-Al-Si３元系においても, 新規高圧相化合物を発見し, 構造と超伝導特性を調べた。シリコンクラスレート化合物に類似する炭素クラスレートの実現を目指して, フラーレンC_<60> の３次元重合体を高圧合成した。半導体的クラスレート化合物を合成し, 熱電変換機能を高めるとともに, その機能発現機構を解明した。とくにI 型構造のBa_8Ga_<16>Sn_<30> およびVIII型構造のBa_8Ga_<16>Sn_<30> について詳細に調べた。

研究成果

• [雑誌論文] Preparation and superconductivity of intercalation compounds of TiNCl with aliphatic amines (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Yamanaka, K. Umemoto, Z. Zheng, Y. Suzuki, H. Matsui, N. Toyota, K. Inumaru
  • 雑誌名: J. Mater. Chem. 巻: 22 ページ: 10752-10762
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical conductivity spectral anomalies in the off-center rattling system β-Ba_8Ga_<16>Sn_<30> (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Mori, K. Iwamoto, S. Kushibiki, H. Honda, H. Matsumoto, N. Toyota, M. A. Avila, K. Suekuni, T. Takabatake
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 106 ページ: 015501/1-015501/4
  • 査読あり
• [雑誌論文] High thermoelectric performance of Cu substituted type-VIII clathrate Ba_8Ga_<16-x>Cu_xSn_<30> single crystals (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Deng, Y. Saiga, K. Kajisa, T. Takabatake
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 109 ページ: 103704/1-103704/4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Off-center rattling and thermoelectric properties of type-II clathrate (K, Ba)_<24>(Ga, Sn, □ )_<136> single crystals (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Mano, T. Onimaru, S. Yamanaka, T. Takabatake
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 84 ページ: 214101/1-214101/6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Silicon clathrates and carbon analogs, high pressure synthesis, structure and superconductivity (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Yamanaka
  • 雑誌名: Dalton Trans 巻: 39 ページ: 1901-1915
  • 査読あり
• [雑誌論文] Off-center modes and glasslike thermal conductivity in the type-I clathrate Ba_8Ga_<16>Sn_<30> (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Suekuni, Y. Takasu, T. Hasegawa, N. Ogita, M. Udagawa, M. A. Avila, T. Takabatake
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 81 ページ: 205207/1-205207/5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Controlled thermal decomposition of NaSi to derive silicon clathrate (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Horie, T. Kukudome, K. Teramura, S. Yamanaka
  • 雑誌名: J. Solid State Chem. 巻: 182 ページ: 129-135
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure and Superconductivity of the Intercalation Compounds of TiNCl with Pyridine and Alkali Metals as Intercalants (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Yamanaka, Y. Toshihiro, K. Yamaguchi, M. Tagawa
  • 雑誌名: J. Mater. Chem. 巻: 19 ページ: 2573-2582
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phase diagram of the La-Si binary system under high pressure and the structures of superconducting LaSi_5 and LaSi_<10> (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Yamanaka, S. Izumi, S. Maekawa, K. Umemoto
  • 雑誌名: J. Solid State Chem. 巻: 182 ページ: 1991-2003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Topochemical 3D polymerization of C_<60> under high pressure at elevated temperatures (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Yamanaka, N. S. Kini, A. Kubo, S. Jida, H. Kuramoto
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 130 ページ: 4303-4309
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ba_8Ga_<16>Sn_<30> with type-I clathrate structure: Drastic suppression of heat conduction (2008)
  • 著者名/発表者名: M. A. Avila, K. Suekuni, K. Umeo, H. Fukuoka, S. Yamanaka, T. Takabatake
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 92 ページ: 041902 /1-041902 /3
  • 査読あり
• [学会発表] Tellurium-free thermoelectric module based on a clathrate compound Ba_8Ga_<16>Sn_<30> with p-and n-type carriers (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Takabatake
  • 学会等名: 3rd. Intern. Congress on Ceramics
  • 発表場所: Osaka, Japan(Invited)
  • 年月日: 2010-11-18
• [学会発表] Thermoelectric clathrates with off-center ratting ions (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Takabatake
  • 学会等名: ICT2010 (国際熱電学会)
  • 発表場所: 上海, 中国(基調講演)
  • 年月日: 2010-05-31
• [学会発表] Structure and superconductivity of LaSi5 prepared under high-pressure (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Yamanaka
  • 学会等名: 15^<th> Inter. Symp. Intercalation Compounds
  • 発表場所: 北京, 中国
  • 年月日: 20090511-14
• [学会発表] 超電導物質の探索 (2009)
  • 著者名/発表者名: 山中昭司
  • 学会等名: 日本化学会第８ ９ 春季年会
  • 発表場所: 日本大学理工学部
  • 年月日: 2009-03-27
• [学会発表] Thermoelectrics of Kondo semiconductors and intermetallic clathrates (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Takabatake
  • 学会等名: ARW Workshop on Properties and Applications of Thermoelectric Materials
  • 発表場所: Hvar, Croatia(Oral Invited)
  • 年月日: 2008-09-21
• [学会発表] High Pressure Synthesis of Silicon Clathrate Superconductors and Carbon Analogs (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Yamanaka
  • 学会等名: フランス化学会150 周年記念大会
  • 発表場所: Paris, France (invited)
  • 年月日: 20070716-18
• [図書] クラスレート化合物,熱電変換技術の基礎と応用(第４章) (2011)
  • 著者名/発表者名: 高畠敏郎
  • 総ページ数: 66-71
  • 出版者: 編纂 日本熱電学会, CMC 出版
• [図書] 超電導ハンドブック (2009)
  • 著者名/発表者名: 田口康二郎, 山中昭司
  • 総ページ数: 123-130
  • 出版者: 朝倉書店
• [産業財産権] クラスレート化合物, 熱電変換材料, およびそれらの製造方法 (2011)
  • 発明者名: 河野欽, 田口隆志, 高畠敏郎, 才賀裕太, デン スーカン
  • 権利者名: 国立大学法人広島大学, 株式会社デンソー
  • 産業財産権番号: 特願2011-86395
  • 出願年月日: 2011-04-08
• [産業財産権] クラスレート化合物, 熱電変換材料, およびそれらの製造方法 (2010)
  • 発明者名: 河野欽, 田口隆志, 大矢信之, 高畠敏郎, 才賀裕太, デン スーカン
  • 権利者名: 国立大学法人広島大学, 株式会社デンソー
  • 産業財産権番号: 特願2010-108524
  • 出願年月日: 2010-05-10