擬ギャップ系ホイスラー化合物の熱電特性に及ぼす非化学量論組成の効果

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23360279
• 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: 金属物性
• 研究機関: 名古屋工業大学
• 研究代表者: 西野 洋一 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50198488)
• 研究分担者: 曽田 一雄 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (70154705)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: ホイスラー化合物 / 擬ギャップ / 熱電変換材料 / ゼーベック効果 / 価電子濃度 / 非化学量論組成 / 光電子分光 / 電子構造

研究概要

非化学量論組成Fe2-xV1+xAl合金に元素置換すると，電気抵抗率が減少すると同時にゼーベック係数が増大する。ゼーベック係数の価電子濃度(VEC)依存性において，p型はFeリッチ合金(x<0)で110μV/K，n型はVリッチ合金(x>0)で-180μV/Kに達する。一方，V/Al非化学量論効果により，Fe2V1+xAl1-xおよびFe2VTaxAl1-x合金においてゼーベック係数の絶対値が増大するだけでなく，ピーク温度が400-600 Kまで上昇する。とくにTa置換と非化学量論の複合効果により熱伝導率が大幅に減少するため，無次元性能指数は400-500 KでZT=0.22を示す。

研究成果

• [雑誌論文] Doping Effects on Thermoelectric Properties of the Off-stoichiometric Heusler Compounds Fe_<2-x>V_<1+x>Al (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Nishino, Y. Tamada
  • 雑誌名: J. Appl. Phys 巻: 115巻 ページ: 123707/1-8
  • DOI: 10.1063/1.4869395
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermoelectric Properties of the Heusler-type Off-stoichiometric Fe_2V_<1+x>Al_<1-x> Alloys (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Miyazaki, S. Tanaka, N. Ide, K. Soda, Y. Nishino
  • 雑誌名: Mater. Res. Express 巻: 1巻 ページ: 015901/1-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermoelectric Properties of the Heusler-type Fe_2VTa_xAl_<1-x> Alloys (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Renard, A. Mori, Y. Yamada, S. Tanaka, H. Miyazaki, Y. Nishino
  • 雑誌名: J. Appl. Phys 巻: 115巻 ページ: 033707/1-7
  • DOI: 10.1063/1.4861419
  • 査読あり
• [雑誌論文] ホイスラー化合物熱電材料の実用化研究-材料設計からモジュール開発まで- (2013)
  • 著者名/発表者名: 西野洋一, 三上祐史
  • 雑誌名: 日本物理学会誌 巻: 68巻 ページ: 350-357
  • 査読あり
• [雑誌論文] Origin of Large Thermoelectric Power in Offstoichiometric Fe_2VAl-based Alloys (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Soda, S. Harada, M. Kato, S. Yagi, S. Sandaiji, Y. Nishino
  • 雑誌名: IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng 巻: 18巻 ページ: 142004/1-4
  • DOI: 10.1088/1757-899X/18/14/142004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of Thermoelectric Materials Based on Fe_2VAl Heusler Compound for Energy Harvesting Applications (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Nishino
  • 雑誌名: IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng 巻: 18巻 ページ: 142001/1-6
  • DOI: 10.1088/1757-899X/18/14/142001
  • 査読あり
• [雑誌論文] ホイスラ一型Fe_2VAlの熱電材料設計と熱電モジュ一ルの開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 西野洋一, 三上祐史
  • 雑誌名: まてりあ 巻: 50巻 ページ: 155-157
  • DOI: 10.2320/materia.50.155
  • 査読あり
• [雑誌論文] Soft X-ray Photoemission Study of Thermoelectric Alloys Fe_<2-x-y>Ir_yV_<1+x>Al and Fe_<2-x>V_<1+x-y>Ti_yAl (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Soda, S. Harada, M. Kato, S. Yagi, M. Inukai, H. Miyazaki,Y. Sandaiji, Y. Tamada, S. Tanaka, T. Sugiura, Y. Nishino
  • 雑誌名: J. Electron Spectrosc. Rel. Phenom 巻: 184巻 ページ: 236-239
  • DOI: 10.1016/j.elspec.2011.03.001
  • 査読あり
• [学会発表] Development of Heusler-type Fe_2VAl Alloys for Thermoelectric Power Generation (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Mikami, Y. Nishino
  • 学会等名: TMS Symposium on Alloys and Compounds for Thermoelectric and Solar Cell Applications II
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 20140216-19
  • 招待講演
• [学会発表] ホイスラー化合物熱電材料の開発と廃熱利用発電への応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 西野洋一
  • 学会等名: 日本真空学会東海支部2014年研究例会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2014-02-03
  • 招待講演
• [学会発表] Electric and Local Crystal Structure of the Half-Heusler Compound ZrNiSn (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Miyazaki, T. Nakano, K. Soda, Y. Nishino
  • 学会等名: The 32nd International Conference on Thermoelectrics
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 20130630-0704
• [学会発表] Effect of Ta Substitution on the Thermoelectric Properties of Heusler-type Fe_2VAl_<1-y>Ta_y Compounds (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Renard, A. Mori, Y. Yamada, H. Miyazaki, Y. Nishino
  • 学会等名: The 32nd International Conference on Thermoelectrics
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 20130630-0704
• [学会発表] Development of Thermoelectric Heusler Compounds for Energy Harvesting Applications (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Nishino
  • 学会等名: XV International Forum on Thermoelectricity
  • 発表場所: Tallinn, Estonia
  • 年月日: 20130520-24
  • 招待講演
• [学会発表] ホイスラー化合物熱電材料の開発と熱電発電モジュールへの応用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 西野洋ー
  • 学会等名: 平成25年電気学会全国大会シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 20130320-22
  • 招待講演
• [学会発表] Angle-resolved Photoemission Study of Heusler-type Fe_<2-x>V_<1+x>Al (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Soda, S. Harada, M. Kato, H. Miyazaki, Y. Nishino, F. Ishikawa, Y. Yamada, S. Fujimori, Y. Saitoh
  • 学会等名: The 12th International Conference on Electronic Spectroscopy and Structure
  • 発表場所: Saint-Malo, France
  • 年月日: 20120916-21
• [学会発表] Fe_<2-x>V_<1+x>Al 合金のn型熱電特性に及ぼすSi 置換の効果【優秀ポスター賞受賞】 (2011)
  • 著者名/発表者名: 玉田裕子, 西野洋ー
  • 学会等名: 日本金属学会2011年秋期(第149回) 講演大会
  • 発表場所: 沖縄
  • 年月日: 20111107-09
• [図書] 多様な熱源に対応する熱電発電システム技術 (分担執筆) (2013)
  • 著者名/発表者名: 三上祐史, 内山直樹, 西野洋ー
  • 総ページ数: 116-129(256)
  • 出版者: S&T 出版
• [図書] 次世代自動車, EV/HEV 対応省エネ「熱」マネージメント～排熱回収技術から断熱・遮熱材料まで～(分担執筆) (2013)
  • 著者名/発表者名: 三上祐史, 内山直樹, 西野洋ー
  • 総ページ数: 60-69(210)
  • 出版者: (株) 情報機構
• [図書] 熱電変換技術の基礎と応用 (分担執筆) (2011)
  • 著者名/発表者名: 内山直樹, 三上祐史, 西野洋ー
  • 総ページ数: 220-227(251)
  • 出版者: シ一エムシー出版
• [備考]
  • URL: http://www.emat.nitech.ac.jp/solid/
• [産業財産権] 熱電変換材料 (2014)
  • 発明者名: 西野洋一, 宮崎秀俊, 山田友一郎
  • 権利者名: 名古屋工業大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2014-099117
  • 出願年月日: 2014-05-13
• [産業財産権] 熱電変換材料および発電方法 (2013)
  • 発明者名: 西野洋一, 田中 優
  • 権利者名: 名古屋工業大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2012-532993
  • 出願年月日: 2013-02-06
• [産業財産権] THERMOELECTRIC MATERIAL AND METHOD FOR GENERATING ELECTRICITY (2013)
  • 発明者名: Y. Nishino, S. Tanaka
  • 権利者名: Nagoya Institute of Technology
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: US Patent Appl. 13/820,786
  • 出願年月日: 2013-03-18
  • 外国
• [産業財産権] 熱電変換材料 (2011)
  • 発明者名: 西野洋一, 玉田裕子
  • 権利者名: 名古屋工業大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2011-231196
  • 出願年月日: 2011-10-21
• [産業財産権] 熱電変換材料 (2011)
  • 発明者名: 西野洋一, 宮崎秀俊, 田中 優
  • 権利者名: 名古屋工業大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2011-231196
  • 出願年月日: 2011-06-27
• [産業財産権] 熱電変換材料の製造方法 (2011)
  • 発明者名: 西野洋一
  • 権利者名: 名古屋工業大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特許第4750349号
  • 取得年月日: 2011-05-27