| 研究課題/領域番号 |
17560043
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 富山大学 |
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研究代表者 |
水島 俊雄 富山大学, 理学部, 助教授 (50135000)
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| 研究分担者 |
石川 義和 富山大学, 理学部, 教授 (20143836)
桑井 智彦 富山大学, 理学部, 助教授 (10251878)
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| キーワード | 熱電素子 / 低温 / ペルチェ効果 / 熱電能 / 強相関物質 |
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| 研究概要 |
低温で有用に作動する熱電素子の作成するためにまず低温で大きな熱電能を示す物質探索を行った。
2Kから室温までの測定を行った。測定を行った物質は5つである。まず正に大きな物質を示すと予想される物質としてCeNiAl_4とCePd_2Al_3を選んだ。測定の結果CeNiAl_4は60Kで40μV/Kの値を示した云CePd_2Al_3は20Kで90μV/Kと大きな値を示すことが分かった。
一方熱電素子として負に大きな熱電能を示す物質も必要である。そこで強相関系物質であるYbAl_3とYbCu_5を候補として選んだ。YbAl_3は室温に向かつて熱電能は徐々に大きくなり280Kでは30μV/Kとなった。またYbCu_5は20Kで-20μV/Kの値を示した。このYbCu_5はCUの部分にAgを少しずつ置換すると熱電能が変化することが分かっている。そこで50%置換したYbCu_<4.5>Ag_<0.5>を作成し、熱電能を測定した。その結果20-30kで-70μV/Kという負に大きな値を示すことが分かった。
熱電素子の性能としては熱電能以外に電気抵抗と熱伝導が小さいことが必要であるが、とりあえず我々は大きな熱電能を示す物質に注目しているので、上記5つの物質を使って簡単な素子を作成した。熱電素子の性能として熱電能とペルチェ効果を測定する必要がある。そこでそれらを簡単に測定できる装置の作成を行った。この装置を使って2つの熱電素子CePd_2Al_3-YbAl_3、CePd_2Al_3-YbCu_<4.5>Ag_<0.5>の77Kと室温での熱電能とペルチェ効果を測定した。ここでは低温である77Kでの測定結果のみを記す。CePd_2Al_3-YbAl_3の素子ではそれぞれ単独の試料から期待される熱電能は66μV/Kであるが、1対とした素子においての測定結果は約半分の36μV/Kであった。原因としては素子を作成するのに銅板を使用しているが、この銅板に接着する方法に問題があると考えられる。一方CePd_2Al_3-YbCu_<4.5>Ag_<0.5>の素子においては冷却効果を評価するためペルチェ効果を測定した。素子の電流を流しどれだけ温度が下がるか見たところ、0.2Aの電流値で約-0.02Kの降下を確認できた。素子としては電流を流すためそれによるジュール熱の発生もあり、このためによる温度が上昇する。今後は以下にこのジュール熱を抑え、冷却効果を高めるかが問題である。現在の時点で、熱電素子としてはCePd_2Al_3-YbCu_<4.5>Ag_<0.5>が良い素子であることが分かった。更に良い素子を求めて物質探索を行う予定である。
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