粒界制御鉄シリサイドの熱電性能

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14350372
• 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, 生産科学研究科, 助手 (30230147)
• キーワード: 熱電材料 / 鉄シリサイド / 性能指数 / 出力因子 / 電子顕微鏡 / βFeSi2

研究概要

発電、冷却効率の高い熱電材料の開発が期待されている。発電、冷却効率は、熱電材料の性能指数Z=σα^2/κ=σα^2/(κ_<el>+κ_<ph>)が大きい程良好であるので、期待される材料は性能指数Zが大きい材料である。ここで、σは電導度、αはゼーベック係数、κは熱伝導率、κ_<el>は電子による熱伝導率、κ_<ph>はフォノンによる熱伝導率である。
本研究の目的は、民生用の熱電材料として期待が大きい鉄シリサイドβFeSi_2に着目して、βFeSi_2の粒界や相界面を制御し、性能指数Zの大きい熱電材料の設計指針を実験、理論両面から得ることである。
本年度の研究では、先ずα→β+Siへの共析変態、メカニカルアロイイング、あるいは液体急冷の3種類の方法で、Cu、Co、Mn、SbあるいはAgを含むβF6Si_2を作製する、次に電導度測定、ゼーベック係数測定、電子顕微鏡観察、X線回折などを行い、粒界、相界面の構造と熱電的性質について調べる。
これまでに得られた主な研究結果は次の通りである。(1)メカニカルアロイイング、液体急冷、焼結によって、それぞれβFeSi_2の形成速度、形成過程が異なり、βFeSi_2の粒界や相界面構造、Cu、Agの分散状態が異なる。(2)電導度、ゼーベック係数のCu、Sb、Ag濃度依存性は異なり、出力因子はそれぞれ一定の濃度で最大となる。(3)粒界や相界面の異なるβFeSi_2と熱電的性質についての相関を示すデータが得られ、性能指数Zの大きい熱電材料の設計指針を得るための基礎的知見が得られた。

研究成果

• [文献書誌] T.Morimura: "Thermoelectric Property and Microstructure of Iron-silicide Doped with Co and Ag"Proceeding of 22nd International Conf.on Thermoelectrics. 22. 153-156 (2004)
• [文献書誌] M.Hasaka: "Skutterudite Structure and Thermoelectric Property in the Pr-Fe-Ni-Sb system"Proceeding of 22nd International Conf.on Thermoelectrics. 22. 109-112 (2004)
• [文献書誌] T.Morimura: "Microstructure of Iron-suicide Doped with Co and Ag for Thermoelectric Conversion"HRTEM Reports, CIA, Nagasaki University. 6. 5-6 (2003)
• [文献書誌] M.Hasaka: "Skutterudite Structure of Pr_fFe_<8-x>Ni_xSb_<24>(f=0〜2, x=0〜4)"HRTEM Reports, CIA, Nagasaki University. 6. 7-8 (2003)
• [文献書誌] T.Morimura: "Electron Channeling X-ray Microanalysis for Site Occupation in β-FeSi2 Doped with Co"Materials Characterization. (in press).