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2023 年度 実施状況報告書

高エントロピー合金化手法による高性能熱電材料の開拓

研究課題

研究課題/領域番号 22K14480
研究機関東京都立大学

研究代表者

山下 愛智  東京都立大学, 理学研究科, 助教 (20849351)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
キーワードハイエントロピー合金 / ハイエントロピー型化合物 / 熱電変換材料 / 金属カルコゲナイド
研究実績の概要

ハイエントロピー合金(HEA)の概念を化合物へと拡張した熱電材料の開拓を実施してきた。昨年度に引き続き、温度増大に伴いHexagonal、Rhombohedral, Cubic構造へと相転移を示すAgBiSe2に対して、Seサイトの多元素固溶によるHE化を実施した。これまでに、HE化によって、Cubic構造が安定化できることを報告した。HE型AgBiSe2において、層状構造を有するHexagonal構造における格子熱伝導率低減の起源解明を試みた。x増大による多元素固溶が大きな格子の乱れや歪みの導入が格子熱伝導率の低減に寄与し、熱電性能の向上に繋がっていることを明らかにした(論文投稿中、arXiv番号:arXiv:2405.02601)。また、AgBiSe2系で最も高い熱電性能を示すCubic構造において、多元素固溶が熱電性能に与える影響を解明するため、クエンチ処理によって、x = 0.0, 0.2, 0.4, 0.6の4試料全てをCubic構造化することに成功した。室温以下の熱電特性の評価から、x増大に伴い熱電性能が増大していくことを見出した。また、Cubic構造では、Hexagonalとは異なりx増大による格子熱伝導率の低減には原子の質量差のみが寄与していることを明らかにした。また、ZTはx量増大に伴い系統的に向上していくことを見出した(論文投稿中、arXiv番号:arXiv:2404.00984)。

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

AgBiSe2系における二次元構造(層状構造)と三次元構造の異なる結晶構造において、HE化がそれぞれの結晶構造において格子熱伝導率の低減に寄与することを見出し、その起源を明らかにした。

今後の研究の推進方策

AgBiSe2系に限らず、異なる結晶構造を有する物質系においても格子熱伝導率低減の起源を解明し、普遍的な物質設計の指針を見出す。層状物質Zintl相や籠状構造を有するスクッテルダイト系など様々な物質系においてもハイエントロピー化を取り入れ、熱電特性に及ぼす影響を明らかにする。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 2件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 4件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Pressure‐Induced Volumetric Negative Thermal Expansion in CoZr2 Superconductor2024

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Yuto、Arima Hiroto、Kawaguchi‐Imada Saori、Kadobayashi Hirokazu、Oka Kenta、Usui Hidetomo、Matsumoto Ryo、Takano Yoshihiko、Kawahata Takeshi、Kawashima Chizuru、Takahashi Hiroki、Yamashita Aichi、Mizuguchi Yoshikazu
    • 雑誌名

      Advanced Electronic Materials

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1002/aelm.202300896

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Large magneto-thermal-switching ratio in superconducting Pb wires2023

    • 著者名/発表者名
      Yoshida M.、Arima H.、Yamashita A.、Uchida K.、Mizuguchi Y.
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 134 ページ: -

    • DOI

      10.1063/5.0159336

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Superconductivity in In-doped AgPbBiTe3 compounds synthesized by high-pressure synthesis2023

    • 著者名/発表者名
      Sawahara Takahiro、Arima Hiroto、Katase Takayoshi、Yamashita Aichi、Higashinaka Ryuji、Mizuguchi Yoshikazu
    • 雑誌名

      Physica C: Superconductivity and its Applications

      巻: 612 ページ: 1354308~1354308

    • DOI

      10.1016/j.physc.2023.1354308

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthesis and physical properties of (Pb0.5M0.5)(Sr,La)2CuO (z=5; M = Fe, Co, Cu, and Zn)2023

    • 著者名/発表者名
      Nakano Takumi、Maeda Toshihiko、Fujita Takeshi、Yamashita Aichi
    • 雑誌名

      Journal of Alloys and Compounds

      巻: 958 ページ: 170298~170298

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2023.170298

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Controlling of Localization by Elemental-substitution Effect in Layered BiCh2-based Compounds LaO1-xFxBiS2-ySey2023

    • 著者名/発表者名
      Hoshi Kazuhisa、Arima Hiroto、Kataoka Noriyuki、Ochi Masayuki、Yamashita Aichi、de Visser Anne、Yokoya Takayoshi、Kuroki Kazuhiko、Mizuguchi Yoshikazu
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 92 ページ: -

    • DOI

      10.7566/jpsj.92.054704

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Stability and Metastability of Li3YCl6 and Li3HoCl62023

    • 著者名/発表者名
      Ito Hiroaki、Nakahira Yuki、Ishimatsu Naoki、Goto Yosuke、Yamashita Aichi、Mizuguchi Yoshikazu、Moriyoshi Chikako、Toyao Takashi、Shimizu Ken-ichi、Oike Hiroshi、Enoki Masanori、Rosero-Navarro Nataly Carolina、Miura Akira、Tadanaga Kiyoharu
    • 雑誌名

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      巻: 96 ページ: 1262~1268

    • DOI

      10.1246/bcsj.20230132

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Absence of Tc-Pinning Phenomenon under High Pressure in High-Entropy REO0.5F0.5BiS2 Layered Superconductor2023

    • 著者名/発表者名
      Mizuguchi Yoshikazu、Yamane Kazuki、Matsumoto Ryo、Hoshi Kazuhisa、Yamashita Aichi、Miura Akira、Nakahira Yuki、Kadobayashi Hirokazu、Kawaguchi Saori I.、Takano Yoshihiko
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 92 ページ: -

    • DOI

      10.7566/jpsj.92.114702

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Observation of superconductivity and enhanced upper critical field of η-carbide-type oxide Zr4Pd2O2023

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Yuto、Miura Akira、Moriyoshi Chikako、Yamashita Aichi、Mizuguchi Yoshikazu
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 13 ページ: -

    • DOI

      10.1038/s41598-023-49707-9

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stabilization of Bi vibration along c-axis in BiS2-based layered compounds La(O,F)Bi(S,Se)2 by Se substitution2023

    • 著者名/発表者名
      Abbas Fysol Ibna、Arima Hiroto、Kasem Md. Riad、Watanabe Yuto、Hasegawa Takumi、Lee Chul-Ho、Yamashita Aichi、Mizuguchi Yoshikazu
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 17 ページ: 013002~013002

    • DOI

      10.35848/1882-0786/ad0ba6

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Low-Temperature Chiral Crystal Structure and Superconductivity in (Pt0.2Ir0.8)3Zr52023

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Yuto、Arima Hiroto、Yamashita Aichi、Miura Akira、Moriyoshi Chikako、Goto Yosuke、Lee Chul-Ho、Higashinaka Ryuji、Usui Hidetomo、Kawaguchi Shogo、Hoshi Kazuhisa、Mizuguchi Yoshikazu
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 146 ページ: 773~781

    • DOI

      10.1021/jacs.3c10797

    • 査読あり
  • [学会発表] Analysis of isothermal crystallization of High-entropy-type thermoelectric materials2023

    • 著者名/発表者名
      Aichi YAMASHITA
    • 学会等名
      Symposium and Workshop on “Advanced Thermodynamics and Metastability”
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Development and Overview of High-Entropy Functional Materials2023

    • 著者名/発表者名
      Aichi YAMASHITA
    • 学会等名
      JKMST2023
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Development of high‐entropy‐type thermoelectric materials2023

    • 著者名/発表者名
      Aichi YAMASHITA, Asato Seshita, Poonam Rani, Yoshikazu MIZUGUCHI
    • 学会等名
      ECT2023
    • 国際学会
  • [学会発表] ハイエントロピー型熱電材料の開拓2023

    • 著者名/発表者名
      山下愛智、瀬下亜里、Poonam Rani、水口佳一、片瀬貴義、三浦章、森吉千佳子、黒岩芳弘、藤田武志
    • 学会等名
      熱電学会
  • [学会発表] Development of high-entropy-type thermoelectric materials2023

    • 著者名/発表者名
      A. Yamashita, A. Seshita, P. Rani, T. Fujita, A. Miura, T. Katase, C. Moriyoshi, Y. Kuroiwa, Y. Mizuguchi
    • 学会等名
      MRM2023
    • 国際学会
  • [備考] 申請者の個人HP

    • URL

      https://www.aichiyamashita.com/

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公開日: 2024-12-25  

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