| 研究概要 |
本研究では、環境にやさしく安価なチタン合金で高性能熱電材料を開発し、それを用いて高出力発電モジュールを実現することを目的としている。材料としてはチタン系ハーフホイスラー化合物を取り上げ、n型とp型の両タイプで、300℃〜500℃の中高温域で、ZT>1を示す高性能材料の開発を目指す。また、発電モジュールの出力密度としては、1W/cm^2以上の実現を目指す。
今年度は、各種チタン系ハーフホイスラー化合物を合成し、高性能熱電特性を示す材料として、特にn型材料の開発を試みた。TiNiSnならびにTiCoSbをベースに、Tiサイトを一部ZrやHfで置換した(Ti,Zr,Hf)NiSnや(Ti,Zr,Hf)CoSbの系について研究を実施した。材料は、アーク溶解炉ならびにプラズマ放電焼結機を用いて作製した。ハーフホイスラー化合物では、構成元素のイオン半径差に起因する構造のディスオーダーが存在し、アニーリング条件が熱電特性に多大な影響を与えるといわれている。また、熱電材料に限らず材料一般において、その微細構造が物性に与える影響は大きい。さらにハーフホイスラー化合物中には微量の不純物酸素や窒素も混入していると考えられる。我々は、アニーリング条件・微細構造・不純物酸素に着目し、それらがハーフホイスラー化合物の熱電特性に与える影響について、特に的を絞って研究をすすめた。結果、(Ti,Zr,Hf)NiSn系の材料について、最高でZT=0.75が達成された。今後は、n型材料についてさらなる性能向上を目指すとともに、p型材料の開発もあわせて実施する予定である。
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