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2022 年度 実績報告書

電力供給不要なワイヤレス電源の開発を志向した等温発電材料の薄膜化の挑戦

研究課題

研究課題/領域番号 21K18831
研究機関九州大学

研究代表者

寺西 亮  九州大学, 工学研究院, 教授 (70415941)

研究期間 (年度) 2021-07-09 – 2023-03-31
キーワード発電材料 / 熱電 / 起電力 / 等温発電 / シリコンクラスレート / 組成傾斜 / 熱処理 / 拡散
研究実績の概要

廃熱から電気エネルギーを得る技術として熱電発電があり、熱電発電材料の1つにクラスレート構造を有したBa8Si46がある。この構造のSiサイトにAuを置換したBa8AuxSi46-xでは、材料中にてAuの組成を傾斜させることでNarrow Band Gap効果を発現し、温度差を与えなくても発電することが報告され、注目されている。これまで、チョクラルスキー法により数cmオーダーの品質の良い単結晶が作製されており等温発電の効果が認められているが、本材料を今後応用展開していくためには素子の小型化が重要となっている。本研究では、素子の小型化を目指し、薄膜プロセスを利用した簡易的な手法を提案して、薄膜にてBa8AuxSi46-xのAuを組成傾斜させることを目的としている。
1年目は、基材にn型のBa8Au4Si42を用いて基材上にAuをスパッタリングで堆積したのち800℃~900℃で熱処理を施してAuの拡散による組成傾斜を試みた。得られた試料について、試料内に温度差を与えないように昇温させて起電力を測定した結果、550℃の等温下で約1.5 mVの起電力が認められ、Narrow Band Gap効果を示す材料の作製に成功した。
2年目(最終年度)は、パルスレーザー蒸着法を利用してSrTiO3基板上にBa8Au4Si42の薄膜を作製することを試みた。前年度の知見により、Ba8Au4Si42の薄膜を作製できればその層上に1年目と同様の熱処理を施すことでAuを組成傾斜できる見通しにあるためである。ArH2 ガス雰囲気下にて850℃にて1時間の熱処理を行って試料作製した。得られた試料をXRD測定して生成相の同定を行った結果、Ba8Au4Si42に起因すると考えられるピークが認められた。

  • 研究成果

    (2件)

すべて 2022

すべて 学会発表 (2件)

  • [学会発表] PLD法によるBa8Au4Si42薄膜作製における組成に及ぼす因子の考察2022

    • 著者名/発表者名
      藤元大斗, 清原悠生, 宗藤伸治, 寺西亮
    • 学会等名
      2022年度 日本鉄鋼協会・日本金属学会・軽金属学会 九州支部合同学術講演会
  • [学会発表] PLD法によるLuBa2Cu3O7-δ薄膜作製時の温度依存性2022

    • 著者名/発表者名
      清原悠生,寺西亮,松本明善,立木実,井上昌睦,酒井秀哉
    • 学会等名
      低温工学・超電導学会 九州・西日本支部 2022 年度若手セミナー・支部研究成果発表会

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公開日: 2023-12-25  

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