重く強固なクラスターが弱く結合した固体を用いた熱電変換材料開発

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19360286
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 金属物性
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 木村 薫 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (30169924)
• 研究分担者: 岡田 純平 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教 (90373282)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2009
• キーワード: 電子・電気材料 / 廃熱利用 / 熱電変換材料 / クラスター / 化学結合 / 準結晶

研究概要

AlPdReおよびAlPdMn準結晶において、組織改善とWBRHC(重く強固なクラスターが弱く結合した固体)の新設計指針による元素置換を行った。無次元性能指数ZTの最大値は、前者ではReのFe置換により2.6倍向上し0.21に、後者ではAlのGa置換により約1.4倍になり、準結晶としては最大の0.26までの向上に成功した。一方、Al系準結晶の関連物質と考えられてきたAl_2Ruでは、Alを原子量の大きいGaで置換し熱伝導率を低下させ、ZTの0.5までの向上に成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Thermoelectric properties of binary semiconducting intermetallic compounds Al_2Ru and Ga_2Ru synthesized by spark plasma sintering process (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Takagiwa, Y. Matsubayashi, A. Suzumura, J. T. Okada, K. Kimura
  • 雑誌名: Materials Transactions 51 ページ: 988-993
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermoelectric performance of Al-Pd-Mn quasicrystals : comparison with (1/1, 2/1-) AlPdMnSi approximants and improvement by Ga substitution for Al (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Takagiwa, T. Kamimura, S. Hosoi, J. T. Okada, K. Kimura
  • 雑誌名: Zeitschrift fur Kristallographie 224 ページ: 21-25
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermoeletric properties of Al-Pd-Re quasicrystal sintered by Spark Plasma Sintering (SPS) : effect of improvement of microstructure (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Takagiwa, T. Kamimura, S. Hosoi, J. T. Okada, K. Kimura
  • 雑誌名: Zeitschrift fur Kristallographie 224 ページ: 79-83
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural vacancies in Al-Pd-Mn quasicrystal and its (1/1, 2/1)-AlPdMnSi approximant crystals positron lifetime studies (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Takagiwa, J. T. Okada, K. Kimura, H. Kitahata, Y. Matsushita, I. Kanazawa
  • 雑誌名: Philosophical Magazine 88 ページ: 1929-1934
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Metal Doping on Thermoelectric Properties of Arc-Melted and Hot-Pressed β-Rhombohedral Boron (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Kim, T. Nakayama, J. Shimizu, K. Kimura
  • 雑誌名: Materials Transactions 49 ページ: 593-599
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermoelectric properties of polygrained icosahedral Al_71-xGa_xPd20Mn_9 (x=0,2,3,4) quasicrystals (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Takagiwa, T. Kamimura, S. Hosoi, J. T. Okada, K. Kimura
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 104 ページ: 073721-1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Composition dependence of positron annihilation lifetime for Al-Pd-Re-Ru quasicrystal and 2/1-AlPdRu approximant crystal (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Takagiwa, J. Kobayashi, Y. Matsushita, I. Kanazawa, T. Nagata, K. Kimura, Y. Kobayashi
  • 雑誌名: Physica Status Solidi (c) 4 ページ: 3570-3572
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improvement of thermoelectric properties of icosahedral AlPdRe quasicrystals by Fe substitution for Re (2007)
  • 著者名/発表者名: J. T. Okada, T. Hamamatsu, S. Hosoi, T. Nagata, K. Kimura, K. Kirihara
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 101 ページ: 103702-1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] アルミ系正20面体準結晶の熱電材料としての可能性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 岡田純平, 木村薫
  • 雑誌名: 日本結晶学会誌 49 ページ: 85-89
• [学会発表] 放電プラズマ焼結法を用いた狭ギャップ金属間化合物の作製と熱電物性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 高際良樹, 松林佑華, 岡田純平, 木村薫
  • 学会等名: 日本金属学会2010年春期大会
  • 発表場所: 筑波
  • 年月日: 2010-03-30
• [学会発表] Al-Pd-Mn 準結晶のPdのNi置換における熱電性能 (2010)
  • 著者名/発表者名: 筒井正機, 鹿川和哉, 鈴木寛之, 金沢育三, 高際良樹, 木村薫
  • 学会等名: 日本物理学会 第65回年次大会
  • 発表場所: 岡山
  • 年月日: 2010-03-21
• [学会発表] Thermoelectric properties of icosahedral Al-Pd-(Mn, Re) quasicrystals : Effect of improvement of microstructure and Ga substitution for Al atoms (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Takagiwa, T. Kamimura, J. T. Okada, H. Kitahata, I. Kanazawa, K. Kimura
  • 学会等名: The 28th International Conference on Thermoelectrics (ICT2009)
  • 発表場所: Freiburg, Germany
  • 年月日: 20090726-20090730
• [学会発表] RuGa_2 system : thermoelectric properties of promising bulk system (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Takagiwa, A. Suzumura, K. Kimura
  • 学会等名: The 28th International Conference on Thermoelectrics (ICT2009)
  • 発表場所: Freiburg, Germany
  • 年月日: 20090726-20090730
• [学会発表] AlPdMn準結晶のPdのNi置換と陽電子消滅実験 (2009)
  • 著者名/発表者名: 鈴木寛之, 鹿川和哉, 関山裕貴, 茂澄孝夫, 金沢育三, 高際良樹, 木村薫
  • 学会等名: 日本物理学会2009年秋季大会
  • 発表場所: 熊本
  • 年月日: 2009-09-25
• [学会発表] 単相単準結晶作製のためのAl-Pd-Re3元系状態図の精密化 (2009)
  • 著者名/発表者名: 栗島宜郎, 岡田純平, 横山嘉彦, 高際良樹, 木村薫
  • 学会等名: 日本金属学会2009年秋期大会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2009-09-16
• [学会発表] Ga2Ru 層状化合物の熱電物性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 鈴村彰敏, 高際良樹, 木村薫
  • 学会等名: 日本金属学会2009年春期大会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2009-03-29
• [学会発表] 近似結晶 ZnSc 及び CdCa の陽電子寿命の比較 (2009)
  • 著者名/発表者名: 鹿川和哉, 関山裕貴, 北畑宏樹, 金沢育三, 高際良樹, 木村薫, 山田庸公, 田村隆治, 大平俊行, 大島永康, 鈴木良一
  • 学会等名: 日本金属学会2009年春期大会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2009-03-28
• [学会発表] 陽電子消滅法による AlReSi 近似結晶の空孔評価と電気物性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 関山裕貴, 茂澄孝夫, 北畑宏樹, 鹿川和哉, 松下泰久, 金沢育三, 永田智啓, 高際良樹, 木村薫, 大平俊行, 大島永康, 鈴木良一
  • 学会等名: 日本物理学会第64回年次大会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2009-03-27
• [学会発表] La (TM, Al) 13 (TM=Fe, Co) の電子構造と熱電特性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 矢田部純, 秋山賢介, 高際良樹, 細井慎, 岡田純平, 木村薫
  • 学会等名: 日本金属学会2008年秋期大会
  • 発表場所: 熊本
  • 年月日: 2008-09-24
• [学会発表] Zn・Sc 近似結晶の陽電子寿命測定 (2008)
  • 著者名/発表者名: 茂澄孝夫, 北畑宏樹, 鹿川和哉, 金沢育三, 高際良樹, 木村薫, 山田庸公, 田村隆治, 大平俊行, 大島永康, 鈴木良一
  • 学会等名: 日本金属学会2008年秋期大会
  • 発表場所: 熊本
  • 年月日: 2008-09-23
• [学会発表] 陽電子消滅法による AlReSi 近似結晶の空孔評価と電気物性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 関山裕貴, 茂澄孝夫, 北畑宏樹, 松下泰久, 金沢育三, 永田智啓, 高際良樹, 木村薫, 大平俊行, 大島永康, 鈴木良一
  • 学会等名: 日本物理学会2008年秋季大会
  • 発表場所: 盛岡
  • 年月日: 2008-09-21
• [学会発表] Al2Ru と Ga2Ru 結晶の電子密度分布と熱電物性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 鈴村彰敏, 高際良樹, 細井慎, 木村薫, 金廷恩, 加藤健一, 高田昌樹
  • 学会等名: 日本物理学会2008年秋季大会
  • 発表場所: 盛岡
  • 年月日: 2008-09-20
• [学会発表] Al-Pd-TM (TM:Mn, Re) 準結晶の熱電物性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 高際良樹, 上村享彦, 岡田純平, 木村薫
  • 学会等名: 日本物理学会2008年秋季大会
  • 発表場所: 盛岡
  • 年月日: 2008-09-20
• [学会発表] 陽電子消滅法による1/1-AlReSi 近似結晶の研究 (2008)
  • 著者名/発表者名: 北畑宏樹, 松下泰久, 金沢育三, 高際良樹, 永田智啓, 木村薫
  • 学会等名: 日本金属学会2008年春期大会
  • 年月日: 2008-03-28
• [学会発表] Al-(Ga)-Pd-Mn 系安定正20面体準結晶の熱電物性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 高際良樹, 上村享彦, 細井慎, 岡田純平, 木村薫
  • 学会等名: 日本金属学会2008年春期大会
  • 年月日: 2008-03-28
• [学会発表] 陽電子消滅法を用いたCd系準・近似結晶の空孔からの評価 (2008)
  • 著者名/発表者名: 北畑宏樹, 松下泰久, 金沢育三, 田村隆二, 竹内伸, 高際良樹, 木村薫, 大平俊行, 大島永康, 鈴木良一
  • 学会等名: 日本物理学会第63回年次大会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2008-03-23
• [学会発表] Structural vacancies in Al-Pd-Mn quasicrystal and its (1/1, 2/1)-AlPdMnSi approximant crystals positron lifetime studies (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Takagiwa, J. T. Okada, K. Kimura, H. Kitahara, Y. Matsushita, I. Kanazawa
  • 学会等名: Quasicrystals-The Silver JubileeTel-Aviv
  • 発表場所: Israel
  • 年月日: 20071014-20071019
• [学会発表] AlPdMn (Si) 準結晶及び近似結晶の電気物性, Al-Ga元素置換効果 (2007)
  • 著者名/発表者名: 高際良樹, 上村享彦, 細井慎, 岡田純平, 木村薫
  • 学会等名: 日本物理学会第61回年次大会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2007-09-24
• [学会発表] Cd 系準結晶及び近似結晶の陽電子消滅を用いた研究 (2007)
  • 著者名/発表者名: 池田麻衣子, 北畑宏樹, 松下泰久, 金沢育三, 高際良樹, 木村薫, 田村隆治, 竹内伸
  • 学会等名: 日本金属学会2007年秋期大会
  • 年月日: 2007-09-19
• [学会発表] Improvement of Thermoelectric Properties of Icosahedral Cluster Solids by Chemical Bonding Control (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Kimura, J. T. Okada, H. Kim, S. Hosoi, Y. Takagiwa, T. Kamimura, K. Akiyama, T. Hamamatsu, T. Nagata K. Kirihara
  • 学会等名: The DOYAMA SYMPOSIUM on Advanced Materials
  • 発表場所: Tokyo, Japan (inveited)
  • 年月日: 2007-09-06
• [図書] クラスター固体 (熱電変換技術ハンドブック) (2008)
  • 著者名/発表者名: 木村薫, 岡田純平
  • 総ページ数: 191-200
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
• [図書] ホウ素固体の物理的性質、化学的性質 ホウ素・ホウ化物および関連物質の基礎と応用 (2008)
  • 著者名/発表者名: 宇野良清, 木村薫
  • 総ページ数: 3-48
  • 出版者: シーエムシー出版
• [備考]
  • URL: http://www.phys.mm.t.u-tokyo.ac.jp/