研究課題
基盤研究(S)
フラックス法によりN型ZnO・In_2O_3系ホモロガス相単結晶を世界ではじめて育成し、熱電物性を精密に測定した結果,(ZnO)_5In_2O_3のin-plane導電率はout-of-plane導電率に比べて約100倍高く、大きな異方性を持つことを見出した。さらに、イットリウム(Y)をInに部分置換した系の単結晶を育成し、単結晶および配向セラミックスのin-plane物性に大きな差がないことが判明した。極限性能としてZ〜0.5程度まで達成可能との見通しを得た。Na_<0.8>CoO_2エピタキシャル薄膜から耐湿性に優れたSr_xCoO_2エピタキシャル薄膜や4Kで超伝導転移を示すNa_<0.3>CoO_2-1.3H_2Oエピタキシャル薄膜を作製することに初めて成功した。さらに、バルク単結晶と同等の熱電特性を示す高品質Ca_3Co_4_O9エピタキシャル薄膜の作製に成功した。NbヘビードープしたSTOが最大ZT=0.37@1000Kを発現することを見出した。さらに高効率化するためSrTiO_3のSr^<2+>サイトをイオン半径のほぼ等しいEu^<2+>で置換した(Eu_xSr_<1-x>)(Ti_<0.8>Nb_<0.2>)O_3緻密焼結体において、電子輸送に影響を及ぼすことなく、格子熱伝導を抑制することに成功し、最大ZT=0.39@1000Kまで向上することを示した。TiO_2/SrTiO_3エピタキシャル薄膜ヘテロ界面(SrTiO_3の1単位格子厚程度)に自然に形成される高濃度(n_x〜10^<21>cm^<-3>)2DEGのSeebeck係数がバルクSrTiO_3の約5倍になることを見出した。さらにSrTiO_3及び20%-NbドープSrTiO_3(Nb : SrTiO_3)を用いた人工超格子の作製に成功し、Nb : SrTiO_3層が1単位格子厚になったときにバルクの約4.4倍という巨大Seebeck係数が得られた。単結晶の熱伝導率を適用して室温27を見積もったところ、ZT=2.4の世界最高値を示した。
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