2020 年度研究成果報告書

誘電体を活用したハイブリッド熱電材料の創製によるトレードオフ呪縛からの解放

研究課題

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研究課題/領域番号	18K04000
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分19020:熱工学関連
研究機関	国立研究開発法人物質・材料研究機構
研究代表者	篠原嘉一国立研究開発法人物質・材料研究機構, エネルギー・環境材料研究拠点, 副拠点長 (70343853)
研究期間 (年度)	2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード	熱電材料 / ハイブリッド / 出力因子
研究成果の概要	熱電発電の性能は材料の出力因子（ゼーベック係数の二乗と電気伝導率の積）で支配されるが、ゼーベック係数と電気伝導率はトレードオフの関係にある。本研究では、高電気伝導率＆低ゼーベック係数、低電気伝導率＆高ゼーベック係数の二種類の材料で構成されるハイブリッド多層膜をスパッタ成膜し、膜厚の比率と熱電特性の相関を検討した。高電気伝導率＆低ゼーベック係数の層の膜厚比率が小さい場合に、ハイブリッド膜の出力因子が構成材料を上回ることが見いだされた。熱電材料粉末に金属微粉を微量混合してホットプレス成形したバルクハイブリッド材料でも、ハイブリッド膜と同様に出力因子が～90％増加することが見いだされた。
自由記述の分野	熱電材料
研究成果の学術的意義や社会的意義	ゼーベック係数と電気伝導率はトレードオフの関係にあり、ゼーベック係数と電気伝導率を独立に制御して、出力因子を向上させることはできない。これは材料中で同じキャリア（ｎ型では電子、ｐ型では正孔）が熱輸送と電荷輸送の両方を担っていることが原因である。本研究では、材料内部に熱流経路と電荷流経路を造り分けて機能分担させることにより、出力因子を向上されることが可能であることを見出した。