| 研究概要 |
本研究は、非熱平衡プロセスであるケミカルプロセス及び放電プラズマ焼結法により環境低負荷熱電変換セラミックス材料の低温合成と理論計算による不純物添加による特性向上と高性能材料の作製の実現により「次世代型熱電変換システム用金属酸化物材料の創成とモジュール開発」を行うものであり、以下に研究の対象を示す。
(1)n形半導体金属酸化物の合成および物性の評価
(2)p形半導体金属酸化物の合成及び物性評価
(3)n形およびp形金属酸化物による廃熱発電素子の開発
(4)層状金属酸化物系セラミックスの合成プロセスの構築及び熱電性能評価
当該年度は主に(3)、(4)について基礎的な知見さらに深めることと(3)を実現するための電極と試料の接合技術の開発を主に行った。
その結果,以下に示す知見が得られた。
1.層状金属酸化物としてSr_2TiO_7、Sr_2RuO_7、NaCo_2O_4、CuYO_2の合成およびキャリアの生成を目的としたドープや熱処理雰囲気の検討を行い、列挙した化合物の作製技術を確立しつつある。
2.Sr_2TiO_7はSrサイトへのYの固溶置換が可能であったが、Yはイオンブロック相へ優先的に置換される事を示唆する結果を得、電気伝導に寄与するキャリアの生成が困難である知見を得た。
3.Sr_2RuO_7は不定比性が強く、欠陥により大量のキャリアが生成するためにp形半導体として高い電気伝導を得ることができるが、このキャリアにより高い熱伝導と低いゼーベック係数を示すこととなったため、高原子価元素のドープによりキャリア濃度を制御し、熱電変換特性を改善できつつある。
4.通電パルス焼結法を用いることでNaCo_2O_4(p形)、Mg_2Si(n形)とNi(電極)を用いたモジュール作製を確立し、実起電力測定を進めている。
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