2022 年度研究成果報告書

酸化物/窒化物へテロ界面を持つバルクナノコンポジット熱電変換材料の開発

研究課題

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研究課題/領域番号	19H02800
研究種目	基盤研究(B)
配分区分	補助金
応募区分	一般
審査区分	小区分36010:無機物質および無機材料化学関連
研究機関	九州大学
研究代表者	大瀧倫卓九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (50223847)
研究期間 (年度)	2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード	酸化物熱電変換材料 / ナノコンポジット / 金属窒化物 / ヘテロ界面 / 拡散防止材 / チタン酸ストロンチウム / 窒化チタン / フォノン散乱
研究成果の概要	酸化物系熱電変換材料について、高温でもナノ構造を安定に保持するため、高い導電性を有するTiNなどの金属窒化物を拡散防止材料として組み合わせたナノコンポジット化を行い、ナノ構造化によるフォノン散乱の増強によって格子熱伝導率を低減するとともに、良導電性窒化物による導電性パスの形成を指向し、その微細構造と熱電性能の関係を調べた。酸化物熱電変換材料としてチタン酸ストロンチウムSrTiO3(STO)、窒化物として窒化チタンTiNを用い、STO相へのLaドープとTiNの体積分率の効果について検討した。TiNの複合化による格子熱伝導率の低減と伝導パスの形成による導電性の向上が両立することを見出した。
自由記述の分野	無機材料化学
研究成果の学術的意義や社会的意義	酸化物熱電変換材料と良導電性窒化物のナノ複合化によって、格子熱伝導率を低減しつつ電気的熱電性能を向上できることを明らかにした。これによって、高温でもナノ構造を長期間維持できる可能性が拓かれた。TiNの体積分率やSrTiO3相へのLaドープ量を最適化することで、更なる熱電性能の向上が期待できる。また、本研究で用いた窒化物被覆手法は、被覆物質と反応せず、NH3ガスを用いた窒化処理に耐えられる材料であれば、他の酸化物材料にも応用することが容易であるため、材料の組み合わせによって、さらに有望な熱電変換材料が見出される可能性がある。