| 研究課題/領域番号 |
18K14031
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| 研究機関 | 宇部工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
茂野 交市 宇部工業高等専門学校, 物質工学科, 准教授 (60707131)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 熱電材料 / コバルト層状化合物 / 熱伝導率 / 電気伝導率 / セラミックス / 酸化剤 / 焼結 |
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| 研究実績の概要 |
熱電モジュールは温度差を起電力に変換できる熱電材料等によって構成され、材料特性次第では太陽電池を凌ぐ出力密度のポテンシャルを有する。我々は最近、セラミック系熱電材料では最高レベルの性能を持つCo層状酸化物であるNaxCoO2 (x=0.80) 粉末 (以後NCOと略す)を出発物質とし、ソフト化学プロセスである酸化還元 (Redox) 法による層間距離の制御を検討した。その結果、出発物質よりも層間距離が狭い新規Co層状化合物の合成に成功しつつある。新規化合物を用いた成形体の熱伝導率は出発物質の約40 %の低い値であり熱電材料として有望であることを見出した。ただし新規化合物は熱安定性に問題があり、緻密に焼結しようとすると層状構造が崩壊する。そこで本研究の目的を「狭い層間距離を有する新規Co層状化合物の合成とその緻密化手法の確立」とした。
昨年度まで、NCO粉末を出発物質とし、Redox法により合成した層間距離の狭いCo層状化合物を低温で緻密化するための手法を模索した。その結果、水熱ホットプレス法を用いることにより、上記化合物の崩壊が始まる300 ℃未満で、相対密度約80 %相当以上の緻密な焼結体が得られることを見出した。今年度は、上記焼結体の熱電特性 (電気伝導率、ゼーベック係数) の評価を行ったが、電気伝導率は緻密化前よりも下がることが判明した。原因として、緻密化の際に析出する物質の電気伝導率が低いことが挙げられた。現在、熱伝導率の測定や緻密化条件の見直しを行っている。また、他の層間距離を有するCo層状化合物を用いた緻密化に関する取り組みを行う予定である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
2020年1月以降、COVID-19の影響により所属部署外での焼結実験が困難になっている。そのため、2021年度も焼結前のセラミック粉末合成検討を中心に研究を進めざるを得ない状況であった。2022年度早期のCOVID-19の終息による研究加速が望まれる。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究期間内に明らかにすることは「狭い層間距離を有する新規Co層状化合物の高性能熱電材料としての可能性検証」である。
(A) 合成したCo層状化合物粉末の緻密体の作成方法の確立
水熱条件下での焼結プロセスを用いることによって、常圧焼結では成し得なかった超低温 (300 ℃未満) での緻密化の可能性があることがわかってきた。そこで、さらに温度や圧力の条件を見直し、焼結助剤などの添加物を加えることで焼結性や熱電特性に及ぼす影響を明確化する。
(B) 合成した粉末及び緻密体の熱電特性の測定及びキャラクタリゼーション
自作した装置等を用いて上記Co層状化合物の熱電特性を測定する。種々の分析手法を取り入れて熱電特性と微細構造との関係を明確化する取り組みを行う。また、上記水熱条件下での緻密化のメカニズムの一端を解明するための分析も行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
焼結実験及び一部の特性測定・分析を所属機関外で行っているが、2021年度もCOVID-19の影響により所属部署外での実験が困難を極めた。そのため、2022年度は、2021年度に実施できなかった実験のための費用及び旅費等にあてる予定である。また、得られた成果を論文として発表するための費用にもあてる予定である。
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