| 研究課題/領域番号 |
19K05053
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| 研究機関 | 千葉大学 |
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研究代表者 |
魯 云 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (50251179)
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| 研究分担者 |
糸井 貴臣 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (50333670)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | ホイスラー合金 / Ni-Ti-Al系 / 熱電材料 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では，電子構造・状態密度から，ナノ・ミクロ複合へとマルティスケールにおける材料設計によって複合的相乗効果を発現させる材料探索と機構解明によって実用可能な高性能Ni-Ti-Al系ホイスラー合金の新規熱電材料を実現することを目標としている。
これまで初年度では，第一原理計算による電子構造を解析し，フェルミ準位における状態密度が小さく，フェルミ準位近傍の状態密度に急峻な変化がある組成のNi-Ti-Al系ホイスラー合金およびNi原子を他元素で置換したNi-M-Ti-Al系ホイスラー合金を探索し，その熱電特性の解析によってNi量を減らすことによりフェルミ準位が価電子帯側，Ni量を増やすことにより伝導帯側に移動することが明らかになった．またNiMnTiAlのDOSよりフェルミ準位近傍に擬ギャップが形成しており，フェルミ準位を最適化することで高いゼーベック係数が期待されることが明らかになった．初年度に続き，SPSを用いてNi2TiAlとNiMnTiAlの焼結体を作製して熱電特性を測定し第一原理計算の結果と併せて検討を行った．その結果，第一原理計算により，Ni2AlTiおよびNi1.875AlTi1.125のDOSを計算することができた．Ni量を減らし，Ti量を増やすことによりフェルミ準位が低エネルギー側に移動することが明らかになった．また，Ni2AlTiとNi1.875AlTi1.125の両方において擬ギャップの存在が確認できた．SPS焼結を用いて保持温度1273KでNi2AlTiの単相焼結体を作製することができた．Ni2AlTiとTi0.5Al1.5Tiの複相の試料の熱電特性測定より，電気抵抗率は軽減できたが，ゼーベック係数も小さかった．これらの結果をまとめ学会での研究発表が行った。また，本研究に関連して学術論文が１件あった．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
計画のとおり、第一原理計算による電子構造を解析するとともに，その熱電特性の解析によってNi量を減らすことによりフェルミ準位が価電子帯側，Ni量を増やすことにより伝導帯側に移動することが明らかになった．またNiMnTiAlのDOSよりフェルミ準位近傍に擬ギャップが形成しており，フェルミ準位を最適化することで高いゼーベック係数が期待されることが明らかになった．続いて，SPSを用いてNi2TiAlとNiMnTiAlの焼結体を作製して熱電特性を測定し第一原理計算の結果と合わして検討を行った．
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでの第一原理計算による解析と作製したNi2TiAlとNiMnTiAlの焼結体の熱電特性を踏まえ，さらに，他元素を添加したホイスラー合金の熱電特性を解析するとともに高機能と期待できる複合Ni-M-Alホイスラー合金を作製し熱電特性を測定する予定である。第一原理計算と実測の熱電特性を併せて解析を行う．電子構造・状態密度からナノ・ミクロ複合へとマ
ルティスケールにおける材料設計によって複合的相乗効果を発現させる材料探索と機構解明によって実用可能な高性能Ni-M-Al系ホイスラー合金熱電材料を実現する．
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