キャリア散乱機構と伝導経路制御による高性能熱電材料設計に関する研究

2010 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20510106
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: ナノ材料・ナノバイオサイエンス
• 研究機関: 山口大学
• 研究代表者: 赤井 光治 山口大学, 大学情報機構, 准教授 (20314825)
• 研究分担者: 岸本 堅剛 山口大学, 理工学研究科, 助教 (50234216)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2010
• キーワード: 熱電変換材料 / クラスレート半導体 / 電子構造 / カゴ状物質 / 熱電特性

研究概要

本研究では、クラスレートのかごのサイズに応じて充填されるゲスト原子を変えることによりラットリングの影響が小さな隙間の小さいかごをキャリアが伝導しキャリア伝導に対するラットリングの影響を小さくすることで熱電性能向上の可能性を検討した。理論研究では、かごのサイズに応じてゲスト原子を変えた場合の効果を電子構造計算により調べた。また、計算されたバンド構造に基づきSeebeck係数を計算し、熱電特性への影響を計算した。実験研究では、かごのサイズに応じてゲスト原子を規則的に充填したゲストオーダークラスレート作成の検討およびその熱電特性評価を行った。

研究成果

• [雑誌論文] Preparation and thermoelectric properties of sintered type-I clathrates K_8Ga_xSn_<46-x> (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Hayashi, K.Kishimoto, K.Kishio, K.Akai, H.Asada, T.Koyanagi
  • 雑誌名: Dalton Transactions 39 ページ: 1113-1117
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study of Zn-Substituted Germanium Clathrates as High Performance Thermoelectric Materials Assisted by First-Principle Electronic Structure Calculation (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Eto, K.Kishimoto, K.Koga, K.Akai, T.Koyanagi, H.Anno, T.Tanaka, H.Kurisu, S.Yamamoto, M.Matsuura
  • 雑誌名: Material Transactions 50 ページ: 631-639
  • 査読あり
• [雑誌論文] First-Principles study of semiconducting clathrate Ba_8Al_<16>Ge_<30> (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Akai, T.Uemura, K.Kishimoto, T.Tanaka, H.Kurisu, S.Yamamoto, T.Koyanagi, K.Koga, H.Anno, M.Matsuur
  • 雑誌名: Journal of Electronic Materials. 38 ページ: 1412-1417
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and thermoelectric properties of type-VIII germanium clathrates Sr_8Al_xGa_yGe_<46-x-y> (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Sasaki, K.Kishimoto, T.Koyanagi, H.Asada, K.Akai
  • 雑誌名: J.Appl.Phys. 105 ページ: 073702/1-8
  • 査読あり
• [学会発表] 第一原理計算を用いたIII/VI族ベース半導体クラスレートのキャリア伝導の解析II (2011)
  • 著者名/発表者名: 赤井光治、河野欣、岸本堅剛
  • 学会等名: 第66回年次大会物理学会 講演概要集 第4分冊p.847
  • 発表場所: 新潟・新潟大学
  • 年月日: 2011-03-25
• [学会発表] Calculation of carrier transport properties of group-III/IV clathrate semiconductors based on electronic structure calculation (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Akai, Y. Kono, K.Kishimoto, S.Shimamura
  • 学会等名: 5th General Meeting of ACCMS-VO
  • 発表場所: Tohoku Univ.仙台
  • 年月日: 2010-12-10
• [学会発表] 第一原理計算を用いたIII/VI族ベース半導体クラスレートのキャリア伝導の解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 赤井光治、河野欣、岸本堅剛
  • 学会等名: 日本物理学会2010年秋季大会
  • 発表場所: 大阪・大阪府立大学
  • 年月日: 2010-09-24
• [学会発表] ダブルドープクラスレートK_xBa_<1-x>Zn_6Ge_<40>の電子構造と熱電特性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 赤井光治, 佐々木勇太, 岸本堅剛
  • 学会等名: 第71回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 長崎・長崎大学
  • 年月日: 2010-09-15
• [学会発表] Ba_8Ga_<16>Ge_<30>クラスレートの熱電特性に及ぼすBaサイトへのSr置換効果 (2010)
  • 著者名/発表者名: 若林昇一郎、岸本堅剛、柿田正和、小柳剛、浅田裕法、赤井光治
  • 学会等名: 第7回熱電学会学術講演会
  • 発表場所: 東京・東京大学
  • 年月日: 2010-08-19
• [学会発表] 熱電クラスレート半金属におけるゲスト原子の効果 (2009)
  • 著者名/発表者名: 赤井光治、岸本堅剛、河野欣、高木英俊、小柳剛
  • 学会等名: 第6回日本熱電学会学術講演会
  • 発表場所: 仙台・東北大学
  • 年月日: 20090810-20090811
• [学会発表] ゲストサイトを制御したtype-IクラスレートBa_<8-x>Sr_xAl_<16>B_<30>(A=Al, Ga ; B=Si, Ge)の電子構造計算 (2009)
  • 著者名/発表者名: 柿田正和、赤井光治、岸本堅剛、高木英俊、小柳堅剛
  • 学会等名: 第6回日本熱電学会学術講演会
  • 発表場所: 仙台東北大学
  • 年月日: 20090810-20090811
• [学会発表] First-principles study of guest-atom effects on electronic structure and thermoelectric properties in clathrate semiconductors (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Akai, K.Kishimoto, Y.Kono, S.Yamamoto, H.Takagi, T.Koyanagi
  • 学会等名: 28^<th> Int.Conf.on Thermoelectrics
  • 発表場所: Freiburg/Germany
  • 年月日: 20090726-20090730
• [学会発表] Thermoelectric properties of sintered type-I tin clathrates K_8Ga_xSn_{46-x} (2009)
  • 著者名/発表者名: M.Hayashi, K.Kishimoto, K.Akai, K.Kishio, T.Koyanagi
  • 学会等名: 28^<th> Int.Conf.on Thermoelectrics
  • 発表場所: Freiburg/Germany
  • 年月日: 20090726-20090730
• [学会発表] Guest-order tuning in dual-guest semiconducting clathrates (2009)
  • 著者名/発表者名: M.Kakita, K.Akai, K.Kishimoto, T.Koyanagi, H.Takagi, M.Matsuura
  • 学会等名: 3rd General Meeting of ACCMS-VO
  • 発表場所: IMR Tohoku Univ
  • 年月日: 20090216-20090218
• [学会発表] type-VIIIクラスレートSr_8Al_xGal_<6-x>Ge_<30>の合成と熱電気的特性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 佐々木勇太、岸本堅剛、小柳剛、赤井光治
  • 学会等名: 第5回熱電学会学術講演会
  • 発表場所: 東京・早稲田大学
  • 年月日: 20080821-20080822
• [学会発表] ゲスト置換type-Iクラスレート化合物Ba_<8-x>Sr_xM_<16>Si_<30>(M=Al, Ge)の作製と熱電気的特性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 柿田正和、岸本堅剛、福島光、小柳剛、赤井光治
  • 学会等名: 第5回熱電学会学術講演会
  • 発表場所: 東京・早稲田大学
  • 年月日: 20080821-20080822
• [学会発表] Type-VIIIシリコンクラスレート化合物Sr_8Al_xGa_ySi_<46-x-y>のキャリア密度制御 (2008)
  • 著者名/発表者名: 上甲直矢、岸本堅剛、柿田正和、小柳剛、赤井光治
  • 学会等名: 第5回熱電学会学術講演会
  • 発表場所: 東京・早稲田大学
  • 年月日: 20080821-20080822
• [学会発表] Electrnic structure and thermoelectric properties of Si-based clathrate with two modifications (2008)
  • 著者名/発表者名: K.Kishimoto, K.Akai, N.Ikeda, T.Koyanagi
  • 学会等名: 27^<th> Int.Conf.on Thermoelectrics
  • 発表場所: Corvallis, Oregon, USA
  • 年月日: 20080803-20080807
• [図書] 熱電変換ハンドブック(第4章第3節「第一原理計算をベースとする熱電特性解析・予測) (2008)
  • 著者名/発表者名: 赤井光治
  • 総ページ数: 134-142
  • 出版者: エヌ・ティー・エス(株)
• [備考] ホームページ等 なし