充填スクッテルダイト構造中の電子,フォノン伝導機構

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10650653
• 研究機関: 長崎大学
• 研究代表者: 羽坂 雅之 長崎大学, 工学部, 教授 (30039698)
• 研究分担者: 森村 隆夫 長崎大学, 工学部, 助手 (30230147) ; 近藤 慎一郎 長崎大学, 工学部, 助教授 (00225616)
• キーワード: 熱電半導体 / 充填スクッテルダイト / ゼーベック係数 / 熱電変換 / スピンキャスト

研究概要

クリーンなエネルギーの安定供給、エネルギーの回収、マイクロ化技術の推進等、今日の重要な問題は、高性能熱電半導体が開発されれば相当に解決される。充填スクッテルダイト構造を持つRFe_4Sb_<12>(R=希土類元素等)系化合物はこれまでの半導体の常識を超えて、巨大なキャリア移動度とアモルファス並みのフォノン散乱頻度を兼ね備えているため、次世代の高性能熱電半導体として有望である。
本研究の目的は充填スクッテルダイト構造を制御し、電子、フォノンの伝導機構についての基本的な知見を得るとともに、熱起電力、電気伝導度、熱伝導度を改善し、所望の熱電半導体を設計する指針を得ることである。
具体的には、本年度は昨年度に引き続き、先ず片ロール法による液体急冷法によって、B、Ni、Co等を種々の割合で添加したRFe_4Sb_<12>系化合物リボンを作製した。次に、電気伝導度、熱伝導度等の熱電気的特性の測定、並びにX線回折、電子顕微鏡EDX分析、電子顕微鏡高分解能観察等を行った。
その結果、電子、フォノンの伝導機構の解明等に必要な幾つかの知見を得た。その主なものは次の通り。充填スクッテルダイト構造の構成元素、希土類元素の充填率を、添加元素の種類、添加量や価電子数の制御により広い範囲で変えることができる。格子定数、アンチモンリングの形状、半導体の極性、原子間結合力の性格、熱起電力、電気伝導度ま希土類元素の充填率、添加元素の種類、量により複雑に変化する。

研究成果

• [文献書誌] H.Kitagawa: "Skutterudite Structure and Thermometric Property on Ce_f Fe_<8x> Co_x Sb_<24> (f=0-2,x=0-8)"Materials Research Bulletin. 35・2(in press). (2000)
• [文献書誌] H.Kitagawa: "Skutterudite Structure of Ce_f Fe_<8x> Co_x Sb_<24> (f=0-2,x=0-8)"HRTEM Reports,CIA,. 2. 20-21 (1999)
• [文献書誌] S.Kondo: "On the Small Enhancement of Electric Field Gradients Caused by a Deformation Potential Interaction"Progress of Theoretical Physics. 100・5. 905-919 (1998)
• [文献書誌] H.Kitagawa: "Thermometric Properties and Microstructure of Field Skutterudites"Proc 5th Joint Symp.Nagasaki Univ and Cheju National Univ.. 5. 145-148 (1998)
• [文献書誌] H.Kitagawa: "Mossbaues Effect Studies of Field Skutterudite Compounds"Proc.Int.Conf.on Thermoelectrics. 18. 319-322 (1998)
• [文献書誌] H.Kitagawa: "Microstructure and Thermoelectric Properties of (FeSb_3)_<1-x>-La Ribbons"Proc.Int.Conf.on Thermoelectrics. 18. 334-337 (1998)