クラスレート半導体におけるゲスト・ホスト相互作用と熱電物性の制御に 関する研究

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22560708
• 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: 構造・機能材料
• 研究機関: 山口東京理科大学
• 研究代表者: 阿武 宏明 山口東京理科大学, 工学部, 教授 (60279106)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• キーワード: 熱電変換材料 / クラスレート / 半導体物性 / 省エネルギー

研究概要

BaゲストをEuで一部置換した新規シリコンクラスレート熱電半導体を創製した。Euゲストは結晶構造に内在する空隙中の位置2aサイトを優先的に占有し、Baゲスト(2aサイト)よりも低い固有振動数をもつことが判明した。Eu置換によって電子構造が影響を受けて電子有効質量が増加、その結果ゼーベック係数が増加することがわかった。さらに、固有振動数の低いEuゲストによってラットリング散乱(共鳴散乱)が増強されるため格子熱伝導率が減少することがわかった。

研究成果

• [雑誌論文] Thermoelectric, and Mechanical Properties of PolycrystallineBa8AlxSi Clathrates (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Anno, Masahiro Hokazono, Ritsuko Shirataki, and Yuko Nagami,Crystallographic
  • 雑誌名: Journal of Electronic Materials 巻: (in press)
  • DOI: DOI:10.1007/s11664-012-2418-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermoelectric, Mechanical, and Thermal Properties of Polycrystalline Type-I Ba8AlxSi46?〓x (Nominal x=15〓17) Clathrates (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Anno, Masahiro Hokazono, RitsukoShirataki, Yuko Nagami
  • 雑誌名: Proceedings of the 2012 Powder Metallurgy World Congress & Exhibition 巻: PM2012YOKOHAMA 16E-S1-9
  • URL: http://www.pm2012.jp/
• [雑誌論文] Crystallographic, Thermoelectric, and Mechanical Properties of Polycrystalline Type-I Ba8Al16Si30-Based Clathrates (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Anno, Masahiro Hokazono, Ritsuko Shirataki, Yuko Nagami
  • 雑誌名: Journal of Materials Science 巻: Vol.48, No.7 ページ: 2846-2854
  • DOI: DOI:10.1007/s10853-012-6977-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of preparation conditions on thermoelectric properties of Ba8Ga16Si30 clathrate by combining arc melting and spark plasma sintering methods (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Anno, Hiroki Yamada, TakahiroNakabayashi, Masahiro Hokazono and Ritsuko Shirataki
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: Vol.379 ページ: 012007
  • DOI: DOI:10.1088/1742-6596/379/1/012007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Europium Substitution on Thermoelectric Properties of Noble-Metal Silicon Clathrates with Ba8〓xEuxCuySi46〓y Nominal Compositions (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Anno, K. Okita, K. Koga, S. Harima, T.Nakabayashi, M. Hokazono and K. Akai
  • 雑誌名: Materials Transactions 巻: Vol. 53, No. 7 ページ: 1220-1225
  • DOI: DOI:10.2320/matertrans.E-M2012816
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gallium composition dependence of crystallographic and thermoelectric properties in polycrystalline type-I Ba8GaxSi46〓x (nominal x=14〓18) clathrates prepared by combining arc melting and spark plasma sintering methods (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Anno, Hiroki Yamada, Takahiro Nakabayashi, Masahiro Hokazono, Ritsuko Shirataki
  • 雑誌名: Journal of Solid State Chemistry 巻: Vol.193 ページ: 94-104
  • DOI: DOI: 10.1016/j.jssc.2012.03.069
  • 査読あり
• [雑誌論文] アーク溶融法と放電プラズマ焼結法を併用して合成したBa8Al16Si30系クラスレートの熱電気的特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 阿武宏明,白瀧律子,外園昌弘
  • 雑誌名: 紛体および粉末冶金 巻: 第59巻,4号 ページ: 185-189
  • DOI: DOI:10.2497/jjspm.59.185
  • 査読あり
• [雑誌論文] Composition Dependence of Thermoelectric Properties in Polycrystalline Type-I Ba8GaxSi46〓x (Nominal x=14〓18) Clathrates Prepared by Combining Arc Melting and Spark Plasma Sintering Methods (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Anno, Hiroki Yamada, TakahiroNakabayashi, Masahiro Hokazono, and Ritsuko Shirataki
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 9th European Conference on Thermoelectrics (ECT2011) 巻: Volume 1449 ページ: 259-262.
  • DOI: DOI:10.1063/1.4731546
• [雑誌論文] Influence of Preparation Condition on Thermoelectric Properties of Ba8Ga16Si30 Clathrate by Combining Arc Melting and Spark Plasma Sintering Methods (2011)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Anno, Hiroki Yamada, TakahiroNakabayashi, Masahiro Hokazono, and Ritsuko Shirataki
  • 雑誌名: Proceedings of ECO-MATES2011 巻: PT 1-3 ページ: 5-6
  • URL: http://www.casi.osaka-u.ac.jp/ecomates2011/
• [雑誌論文] Structural and thermoelectric properties of sintered silicon clathrates: Ba6Eu2Ga16Si30 nominal composition (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Nakabayashi, M. Hokazono, H. Anno, Y.Ba, and K. Koumoto
  • 雑誌名: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 巻: Vol. 18 ページ: 142008
  • DOI: DOI:10.1088/1757-899X/18/14/142008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation and characterization of planetary ball milled Si-based clathrates and their spark plasma sintered materials (2011)
  • 著者名/発表者名: R. Shirataki, M. Hokazono, T. Nakabayashiand H. Anno
  • 雑誌名: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 巻: Vol. 18 ページ: 142012
  • DOI: DOI:10.1088/1757-899X/18/14/142012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Strontium and Europium Substitutions on Thermoelectric Properties in Silicon-Based Clathrate Compounds (2010)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Anno, Takahiro Nakabayashi, and Masahiro Hokazono
  • 雑誌名: Advances in Science and Technology 巻: Vol.74 ページ: 26-31
  • DOI: DOI:10.4028/www.scientific.net/AST.74.26
• [学会発表] Thermoelectric slicon clathrates (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Anno
  • 学会等名: JST-EPSRC, JST-MOST & CREST Joint Workshop on Thermoelectrics
  • 発表場所: Nagoya University.
  • 年月日: 2012-10-02
• [学会発表] Semiconductor SiliconClathrates for Thermoelectric Applications (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Anno
  • 学会等名: The 1st International Workshop on Green Innovation
  • 発表場所: Tokyo University of Science, Yamaguchi. [Invited]
  • 年月日: 2012-03-12
• [学会発表] Crystallographic and Thermoelectric Properties of Silicon-Based Clathrates Prepared by Combining Arc Melting and Spark Plasma Sintering Methods, JST-MOST & CREST (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Anno, M. Hokazono, R. Shirataki, and Y.Nagami
  • 学会等名: The 2nd Sino-Japan Energy Materials and Devices Joint Workshop
  • 発表場所: Chengdu, China.
  • 年月日: 2011-12-24
• [学会発表] 熱を電気に変える:熱電変換技術の紹介 (2011)
  • 著者名/発表者名: 阿武宏明
  • 学会等名: 日本機械学会RC248研究分科会,熱WG
  • 発表場所: (社)日本機械学会会議室.
  • 年月日: 2011-06-28
• [学会発表] Structural and Thermoelectric Properties of Sintered Silicon Clathrates: Ba8〓xEuxGa16Si30 (A=Sr, Eu; x=0〓2) Nominal Compositions (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Nakabayashi, M. Hokazono, H. Anno
  • 学会等名: JST-MOST Project& CREST-Koumoto Team Joint Workshop Energy Materials and Devices to Reduce CO2 Emission
  • 発表場所: Hokkaido.
  • 年月日: 2010-10-10
• [備考]
  • URL: http://www.tus.ac.jp/ridai/