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2017 年度 実績報告書

液相前駆体法を用いた金属ナノ粒子分散ZnOナノバルク熱電変換材料の創製

研究課題

研究課題/領域番号 16K18248
研究機関九州大学

研究代表者

渡邊 厚介  九州大学, エネルギー基盤技術国際教育研究センター, 助教 (40617007)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
キーワード酸化物熱電変換材料 / 金属ナノ粒子 / ナノコンポジット / 液相前駆体法 / フォノン散乱 / ナノ構造制御
研究実績の概要

金属ナノ粒子をZnO中に分散させたナノコンポジットを合成するため、原料粉末としてZnOナノ粒子と金属ナノ粒子を同時析出させたナノ粉末の合成手法を確立し、それらを用いた焼結体の構造と熱電特性の評価を実施した。
液相前駆体法を用いて100 nm以下のAgナノ粒子とZnOナノ粒子の同時析出を可能にし、3 nm以下のAuナノ粒子が担持したZnOナノ粉末の合成がそれぞれ可能となった。各ナノ粉末は1ロットあたり10g得られるようスケールアップし、焼結体を得るには十分な量を得ることができた。
まずAgを導入したナノコンポジットでは、分散するAg粒子の粒径はサブμmオーダーであり、Agの添加量に伴いZnOの導電率は2桁増大したものの、有効的なフォノン散乱の効果は得られず熱伝導率の低減には至らなかった。一方、Auを導入したナノコンポジットでは、常圧焼結ではAuの粒径は~150 nmに成長していたものの、放電プラズマ焼結(SPS)法を用いることにより、Auの粒径は50nm以下にまで低減が可能となった。Alをドープしただけの試料(Au 0%)の導電率はZnOと比べて1桁以上向上し、Auの添加によりさらに向上した。Auを0.15%導入したナノコンポジットでは、673 Kにおける格子熱伝導率はAu 0%と比べて0.8 W/mK低く、Auナノ粒子の導入効果はフォノン散乱の増強であることが示された。しかし、Au 1.5%では0%の試料と比べて全熱伝導率は増大し,有効的に熱伝導率を低減するには最適なAuの適正量の存在が示唆された。このため、「導電率の向上」および「Auのサイズと最適な導入量による熱伝導率の低減」が可能となり、このようなナノコンポジットの形成は熱電性能の向上の一つとなりうることが示された。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件) 学会発表 (4件)

  • [雑誌論文] 金属ナノ粒子を導入した酸化物系ナノ複合体の形成と熱・電気輸送特性2018

    • 著者名/発表者名
      渡邊厚介
    • 雑誌名

      セラミックス

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ultraselective Toluene-Gas Sensor: Nanosized Gold Loaded on Zinc Oxide Nanoparticles2018

    • 著者名/発表者名
      Suematsu Koichi、Watanabe Kosuke、Tou Akihiro、Sun Yongjiao、Shimanoe Kengo
    • 雑誌名

      Analytical Chemistry

      巻: 90 ページ: 1959~1966

    • DOI

      10.1021/acs.analchem.7b04048

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] ZnO上へのAuナノ粒子担持による選択的トルエン感知2018

    • 著者名/発表者名
      末松昂一、渡邊厚介、島ノ江憲剛
    • 雑誌名

      Proceedings of the 63rd Chemical Sensor Symposium Supplement A

      巻: 34 ページ: 85~87

  • [学会発表] ZnO上へのAuナノ粒子担持による選択的トルエン検知2018

    • 著者名/発表者名
      末松昂一、渡邊厚介、島ノ江憲剛
    • 学会等名
      第63回化学センサ研究発表会
  • [学会発表] 金属ナノ粒子を導入したZnO系ナノコンポジットの形成と熱電特性2017

    • 著者名/発表者名
      渡邊厚介、峯一貴、末國晃一郎、大瀧倫卓
    • 学会等名
      日本セラミックス協会平成29年度九州支部秋季合同研究発表会
  • [学会発表] SrTiO3/TiNコアシェル構造ナノ粒子の合成と熱電ナノコンポジット化2017

    • 著者名/発表者名
      松﨑彰剛、渡邊厚介、末國晃一郎、大瀧倫卓
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第30回秋季シンポジウム
  • [学会発表] Auナノ粒子を導入したAl:ZnOナノコンポジットの構造と熱電特性2017

    • 著者名/発表者名
      峯一貴、渡邊厚介、末國晃一郎、大瀧倫卓
    • 学会等名
      第14回日本熱電学会学術講演会

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公開日: 2018-12-17  

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