研究課題
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許指針を実験、理論両面から得ることである。本研究では、α→β+Siへの共析変態、α+ε→βへの包析変態、メカニカルアロイイング、焼結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βFeSi_2を作製した。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た。得られた主な研究結果は次の通りである。(1)溶解鋳込み、メカニカルアロイイング、液体急冷、あるいは焼結によって、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、成分元素の分散状態が異なる。(2)電導度、ゼーベック係数、出力因子など熱電的性質はCu、Sb、Agによってそれぞれ異なる影響を受け、最適の成分濃度が異なる。(3)粒界や相界面構造の熱電的性質に及ぼす影響についての知見が得られ、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。
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Mikron (in press)
Proceeding of 23rd International Conf. on Thermoelectrics 23
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