| 研究課題/領域番号 |
15560613
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
構造・機能材料
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| 研究機関 | 独立行政法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
磯田 幸宏 独立行政法人物質・材料研究機構, エコマテリアル研究センター, 主任研究員 (80354140)
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| 研究分担者 |
今井 義雄 独立行政法人物質・材料研究機構, エコマテリアル研究センター, 主任研究員 (40354138)
篠原 嘉一 独立行政法人物質・材料研究機構, エコマテリアル研究センター, 主任研究員 (70343853)
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| 研究期間 (年度) |
2003 – 2005
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| キーワード | 固相プロセス / 熱電変換 / 溝ロール圧延 / ゼーベック係数 / 比抵抗 / 熱伝導率 / 結晶配向性 / 結晶粒 |
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| 研究概要 |
Bi_2Te_3系熱電半導体の結晶構造は菱面体構造をもつ層状化合物であり、c面に非常に脆い劈開面をもつために圧延加工などが非常に難しい材料である。本研究ではBi_2Te_3熱電半導体を固相プロセスよるナノミクロ構造制御により結晶粒径の微細化および結晶方向の制御を行い、結晶粒の低次元構造化を目的とした。
Bi_2Te_3単体での塑性加工は非常に難しいのでBi_2Te_3溶製材または粉末を金属シース缶に封缶し、溝ロール圧延加工を施した。シース缶の材質はCuとAlとした。Cu缶はBi_2Te_3中に拡散しやすくCuとBi_2Te_3の化合物層が形成されることが判った。しかし、Al缶では化合物層は確認できなかったが、溶接部が溝ロール圧延中に破損しやすいことが判った。このため、シース缶は内側にAl缶、外側にCu缶とした二重缶の構造とした。
溝ロール圧延加工後の結晶方位関係は、圧延方向にa軸が再配向され、劈開面は圧延方向よりわずかに傾いていた。圧延加工後の結晶粒径は小さくなっており、ナノミクロ構造制御が可能であることがわかった。溝ロール加工後の無添加試料におけるゼーベック係数は加工温度依存性を示し、その変化は冷間プレス試料の熱処理温度依存性と同じ傾向を示した。実用組成のBi_2Te_<2.85>Se_<0.15_における圧延加工後の熱電特性は圧延方向と垂直方向で異方性を示し、異方性の度合いは溶製材やホットプレス焼結体と同じであった。ゼーベック係数は焼結体試料と同等であるが、比抵抗は約2倍程度大きくなった。熱伝導率は約20%も低減された。溝ロール加工すると結晶の微細化が促進され、粉末化工程を省略した製造法で素子を作製することが出来、この製造法は特許出願した。
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