産業廃棄物シリコンを用いた環境半導体材料マグネシウムシリサイド排熱発電素子の開発

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21360136
• 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: 電力工学・電力変換・電気機器
• 研究機関: 東京理科大学
• 研究代表者: 飯田 努 東京理科大学, 基礎工学部, 准教授 (20297625)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• キーワード: 熱電変換 / 半導体 / 環境半導体 / マグネシウムシリサイド / 放電プラズマ焼結

研究概要

排熱を実用温度域(300-600℃)で直接電気エネルギーに変換し排熱再資源化を実現する「環境低負荷型熱電変換素子モジュールの実用化を目指し、高変換効率(-10%以上)が期待される熱電変換材料マグネシウム・シリサイド(Mg_2Si :シリサイド環境半導体)を高品質・省プロセスにより合成する手法を開発した。また、廃棄物シリコン原材料をMg_2Siの原料として用いるための純化プロセスを開発した。

研究成果

• [雑誌論文] Fabrication of Large Sintered Pellets of Sb-doped N-type Mg_2Si Using a Plasma Activated Sintering Method (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Hayatsu, T. Iida, T. Sakamoto, S. Kurosaki, K. Nishio, Y. Kogo, and Y. Takanashi
  • 雑誌名: Journal of Solid State Chemistry 巻: (In press)
• [雑誌論文] Examination of a thermally viable structure for an unconventional uni-leg Mg_2Si thermoelectric power generator (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Sakamoto, T. Iida, Y. Taguchi, S. Kurosaki, Y. Hayatsu, K. Nishio, Y. Kogo, and Y. Takanashi
  • 雑誌名: Journal of Electronic Materials 巻: (In press)
  • DOI: DOI:10.1007/s11664-012-1974-0
• [雑誌論文] The use of transition metal silicides to reduce the contact resistance between the electrode and sintered n-type Mg_2Si (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Sakamoto, T. Iida, Y. Honda, M. Tada, T. Sekiguchi, K. Nishio, Y. Kogo, and Y. Takanashi
  • 雑誌名: Journal of Electronic Materials 巻: (In press)
  • DOI: DOI:10.1007/s11664-012-2073-y
• [雑誌論文] Power generation characteristics of Mg_2Si uni-leg thermoelectric generator (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Nemoto, T. Iida, J. Sato, T. Sakamoto, T. Nakajima and Y. Takanashi
  • 雑誌名: Journal of Electronic Materials 巻: (In press)
  • DOI: DOI:10.1007/s11664-012-1963-3
• [雑誌論文] Development of a Thermal Buffering Device to Cope with Temperature Fluctuations for a Thermoelectric Power Generator (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Mizuno, K. Sawada, T. Nemoto, T. Iida
  • 雑誌名: Journal of Electronic Materials 巻: (In press)
  • DOI: DOI:10.1007/s11664-012-1911-2
• [雑誌論文] Thermoelectric properties and power generation characteristics of sintered undoped n-type Mg_2Si (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Sakamoto, T. Iida, N. Fukushima, Y. Honda, M. Tada, Y. Taguchi, Y. Mito, H. Taguchi, and Y. Takanashi
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 519 ページ: 8528-8531
  • DOI: DOI:10.1016/j.tsf.2011.05.031
• [雑誌論文] Thermoelectric behavior of Sb-and Al-doped n-type Mg_2Si devices under large temperature differences (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Sakamoto, T. Iida, S. Kurosaki, K. Yano, H. Taguchi, K. Nishio, and Y. Takanashi
  • 雑誌名: Journal of Electronic Materials 巻: 40 ページ: 629-634
  • DOI: DOI:10.1007/s11664-010-1489-5
• [雑誌論文] Thermoelectric characteristics of commercialized Mg_2Si source doped with Al, Bi, Ag and Cu (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Sakamoto, T. Iida, J. Sato, A. Matsumoto, Y. Honda, T. Nemoto, J. Sato, T. Nakajima, H. Taguchi, and Y. Takanashi
  • 雑誌名: Journal of Electronic Materials 巻: 39 ページ: 1708-1713
• [雑誌論文] Characteristics of a pin-fin structure thermal-to-electric uni-leg device using a commercial n-type Mg_2Si source (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Nemoto, T. Iida, J. Sato, Y. Oguni, A. Matsumoto, T. Miyata, T. Sakamoto, T. Nakajima, H. Taguchi, K. Nishio, and Y. Takanashi
  • 雑誌名: Journal of Electronic Materials 巻: 39 ページ: 1572-1578
• [雑誌論文] Thermoelectric properties of Sb-doped sintered Mg_2Si fabricated using commercial polycrystalline sources (2009)
  • 著者名/発表者名: N. Fukushima, T. Iida, M. Akasaka, T. Nemoto, T. Sakamoto, R. Kobayashi, H. Taguchi, K. Nishio and Y. Takanashi
  • 雑誌名: Materials and Devices for Thermal-to-Electric Energy Conversion 巻: Vol.1166 ページ: N03-21.1-N03-21.6
• [学会発表] Fabrication of Large Sintered Pellets of Sb-doped N-type Mg_2Si Using a Plasma Activated Sintering Method (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Hayatsu, T. Iida, T. Sakamoto, S. Kurosaki, K. Nishio, Y. Kogo, and Y. Takanashi
  • 学会等名: 9^<th> EUROPEAN CONFERENCE ON THERMOELECTRONICS ECT 2011
  • 発表場所: Thessaloniki, Greece
  • 年月日: 20110928-30
• [学会発表] Encouraging thermoelectric properties and durability of residual metal-Mg free Mg_2Si prepared by an all molten process (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Iida, T. Sakamoto, K. Nishio, Y. Kogo, Y. Taguchi, S. Sakuragi, and Y. Takanashi
  • 学会等名: 9^<th> EUROPEAN CONFERENCE ON THERMOELECTRONICS ECT 2011
  • 発表場所: Thessaloniki, Greece
  • 年月日: 20110928-30
• [学会発表] Thermoelectric characterization of n-type Mg_2Si doped with transition metal elements (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Mito, T. Iida, T. Sakamoto, R. Miyahara, K. Nishio, Y. Taguchi, S. Sakuragi, Y. Kogo, and Y. Takanashi
  • 学会等名: 9^<th> EUROPEAN CONFERENCE ON THERMOELECTRONICS ECT 2011
  • 発表場所: Thessaloniki, Greece
  • 年月日: 20110928-30
• [学会発表] Formation of electrode materials for sintered n-type Mg_2Si using electroless plating and monobloc sintering methods (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Sakamoto, K. Sugiyama, T. Iida, D. Mori, M. Ogi, Y. Honda, M. Tada, T. Sekiguchi, K. Nishio, Y. Kogo, and Y. Takanashi
  • 学会等名: 9^<th> EUROPEAN CONFERENCE ON THERMOELECTRONICS ECT 2011
  • 発表場所: Thessaloniki, Greece
  • 年月日: 20110928-30
• [学会発表] Examination of a thermally viable structure for an unconventional uni-leg Mg_2Si thermoelectric power generator (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Sakamoto, T. Iida, Y. Taguchi, S. Kurosaki, Y. Hayatsu, K. Nishio, Y. Kogo, and Y. Takanashi
  • 学会等名: IEEE 30^<th> INTERNATIONAL CONFERENCE ON THERMOELECTRONICS ICT 2011
  • 発表場所: Traverse City, USA
  • 年月日: 20110717-21
• [学会発表] The use of transition metal silicides to reduce the contact resistance between the electrode and sintered n-type Mg_2Si (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Sakamoto, T. Iida, Y. Honda, M. Tada, T. Sekiguchi, K. Nishio, Y. Kogo, and Y. Takanashi
  • 学会等名: IEEE 30^<th> INTERNATIONAL CONFERENCE ON THERMOELECTRONICS ICT 2011
  • 発表場所: Traverse City, USA
  • 年月日: 20110717-21
• [学会発表] Development of a thermal buffering device to cope with temperature fluctuations for a thermoelectric power generator (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Mizuno, K. Sawada, T. Nemoto, and, T. Iida
  • 学会等名: IEEE 30^<th> INTERNATIONAL CONFERENCE ON THERMOELECTRONICS ICT 2011
  • 発表場所: Traverse City, USA
  • 年月日: 20110717-21
• [学会発表] Electrical characteristics and thermal stability of metal electrodes for n-type Mg_2Si prepared by monobloc plasma activated sintering process (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Tada, T. Iida, Y. Honda, T. Sakamoto, H. Taguchi, and Y. Takanashi
  • 学会等名: MATERIALS RESEARCH SOCIETY 2010 Fall Meeting
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 20101129-1202
• [学会発表] Thermoelectric properties and power generation characteristics sintered n-type Mg_2Si (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Sakamoto, T. Iida, N. Fukushima, Y. Honda, M. Tada, Y. Taguchi, Y. Mito, H. Taguchi, and Y. Takanashi
  • 学会等名: ASIA-PACIFIC CONFERENCE ON SEMICONDUCTING SILICIDES 2010 Apac-Silicide 2010
  • 発表場所: Tsukuba, Japan
  • 年月日: 20100724-26
• [学会発表] Fabrication of an environmentally-benign Al-doped Mg_2Si thermal-to-electric conversion module by using industrial Si waste and recycled Mg alloy (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Sakamoto, T. Iida, S. Kurosaki, H. Taguchi, Y. Takanashi, S. Sakuragi, Y. Taguchi, Y. Mito, T. Nemoto, T. Nakajima
  • 学会等名: 1^<ST> INTERNATIONAL CONFERENCE ON MATERIALS FOR ENERGY
  • 発表場所: Karlsruhe, Germany
  • 年月日: 20100704-08
• [学会発表] Thermoelectric behavior of Sb-and Al-doped n-type Mg_2Si device under large temperature differences (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Sakamoto, T. Iida, S. Kurosaki, K. Yano, H. Taguchi, K. Nishio, and Y. Takanashi
  • 学会等名: IEEE 29^<th> INTERNATIONAL CONFERENCE ON THERMOELECTRONICS ICT 2010
  • 発表場所: Shanghai, China
  • 年月日: 20100530-0602
• [学会発表] Thermoelectric properties of sintered Mg_2Si fabricated using commercial Al-doped n-type polycrystalline sources (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Sakamoto, T. Iida, T. Miyata, S. Sakuragi, Y. Taguchi, Y. Mito, H. Taguchi, K. Nishio and Y. Takanashi
  • 学会等名: MATERIALS RESEARCH SOCIETY 2010 Spring Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 20100405-09
• [学会発表] Direct thermal-to-electric energy conversion material of environmentally-benign Mg_2Si synthesized using wasted Si sludge and recycled Mg alloy (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Honda, T. Iida, T. Sakamoto, S. Sakuragi, Y. Taguchi, Y. Mito, T. Nemoto, T. Nakajima, H. Taguchi, K. Nishio, and Y. Takanashi
  • 学会等名: MATERIALS RESEARCH SOCIETY 2009 Fall Meeting
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 20091130-1204
• [学会発表] Thermoelectric characteristics of commercialized Mg_2Si source doped with Al, Bi, Ag and Cu (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Sakamoto, T. Iida, A. Matsumoto, Y. Honda, T. Nemoto, J. Sato, T. Nakajima, H. Taguchi, and Y. Takanashi
  • 学会等名: IEEE 28^<th> INTERNATIONAL CONFERENCE ON THERMOELECTRONICS ICT 2009
  • 発表場所: Freiburg, Germany
  • 年月日: 20090726-30
• [備考]
  • URL: http://web.mac.com/iida_lab/Info/Home.html
• [備考] 2012年7月より新ホームページアドレス
  • URL: http://www.tus-iidalab.net/
• [産業財産権] 蓄熱装置及び蓄熱装置を備えるシステム (2012)
  • 発明者名: 飯田努、坂本達也、水野邦明、水戸洋彦、根本崇、箕輪昌啓
  • 権利者名: 飯田努、坂本達也、水野邦明、水戸洋彦、根本崇、箕輪昌啓
  • 産業財産権番号: 特許、特願2011-*****
  • 出願年月日: 2012-03-30
• [産業財産権] マグネシウムシリサイド、熱電変換材料、焼結体、熱電変換素子用焼結体、熱電変換素子、及び熱電変換モジュール (2011)
  • 発明者名: 飯田努、三戸隆人士、宮原良輔、坂本達也、櫻木史郎、田口豊、水戸洋彦
  • 権利者名: 飯田努、三戸隆人士、宮原良輔、坂本達也、櫻木史郎、田口豊、水戸洋彦
  • 産業財産権番号: 特許、特願2011-*****
  • 出願年月日: 2011-09-26
• [産業財産権] 焼結体、熱電変換素子用焼結体、熱電変換素子及び熱電変換モジュール (2011)
  • 発明者名: 飯田努、向後保雄、坂本達也、黒崎祥太、早津勇亮、水戸洋彦
  • 権利者名: 飯田努、向後保雄、坂本達也、黒崎祥太、早津勇亮、水戸洋彦
  • 産業財産権番号: 特許、特願2011-*****
  • 出願年月日: 2011-09-26
• [産業財産権] 蓄熱装置及び蓄熱装置を備えるシステム (2011)
  • 発明者名: 飯田努、坂本達也、水野邦明、水戸洋彦、根本崇、箕輪昌啓
  • 権利者名: 飯田努、坂本達也、水野邦明、水戸洋彦、根本崇、箕輪昌啓
  • 産業財産権番号: 特許、特願2011-*****
  • 出願年月日: 2011-03-30
• [産業財産権] 熱電変換素子及び熱電変換モジュール (2011)
  • 発明者名: 飯田努、本多康彦、多田光宏、坂本達也、赤坂昌保
  • 権利者名: 飯田努、本多康彦、多田光宏、坂本達也、赤坂昌保
  • 産業財産権番号: 特許、特願2011-*****・PCT/JP2011/******
  • 出願年月日: 2011-11-30
• [産業財産権] 熱電変換モジュールとその製法 (2010)
  • 発明者名: 飯田努、西尾圭史
  • 権利者名: 飯田努、西尾圭史
  • 産業財産権番号: 特許、特願2010-1226701
  • 出願年月日: 2010-05-28
• [産業財産権] アルミニウム・マグネシウム・ケイ素複合材料とその製法 (2010)
  • 発明者名: 飯田努、福島直樹、坂本達也、水戸洋彦、難波宏邦、田口豊、赤坂昌保立川守、日野賢一
  • 権利者名: 飯田努、福島直樹、坂本達也、水戸洋彦、難波宏邦、田口豊、赤坂昌保立川守、日野賢一
  • 産業財産権番号: PCT/JP2010/062509
  • 出願年月日: 2010-07-26
• [産業財産権] マグネシウム・ケイ素複合材料とその製法 (2010)
  • 発明者名: 飯田努、本多康彦、福島直樹、坂本達也、水戸洋彦、難波宏邦、田口豊
  • 権利者名: 飯田努、本多康彦、福島直樹、坂本達也、水戸洋彦、難波宏邦、田口豊
  • 産業財産権番号: PCT/JP2010/061185
  • 出願年月日: 2010-06-30
• [産業財産権] アルミニウム・マグネシウム・ケイ素複合材料とその製法 (2009)
  • 発明者名: 飯田努、福島直樹、坂本達也、水戸洋彦、難波宏邦、田口豊、赤坂昌保立川守、日野賢一
  • 権利者名: 飯田努、福島直樹、坂本達也、水戸洋彦、難波宏邦、田口豊、赤坂昌保立川守、日野賢一
  • 産業財産権番号: 特許、特願2009-174428
  • 出願年月日: 2009-07-27
• [産業財産権] マグネシウム・ケイ素複合材料とその製法 (2009)
  • 発明者名: 飯田努、本多康彦、福島直樹、坂本達也、水戸洋彦、難波宏邦、田口豊
  • 権利者名: 飯田努、本多康彦、福島直樹、坂本達也、水戸洋彦、難波宏邦、田口豊
  • 産業財産権番号: 特許、特願2009-154701
  • 出願年月日: 2009-06-30