原子クラスターの形態を制御した硫化物熱電材料の開発

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23760628
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 金属物性
• 研究機関: 独立行政法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 太田 道広 独立行政法人産業技術総合研究所, エネルギー技術研究部門, 主任研究員 (50443172)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2012
• キーワード: 金属物性 / 環境材料 / エネルギー材料 / 熱電変換 / 電子・熱物性 / 金属生産工学 / 廃熱利用 / 省エネルギー

研究概要

本研究では、新規熱電材料として、モリブデン(Mo)と硫黄(S)からなる原子クラスターを基本構造として持つシェブレル相硫化物に注目した。 (1) 原子クラスターがつながった Mo6S6 一次元チェーンを基本構造としている K_<3.0>Mo_6S_6、(2) Mo_6S_8 クラスターを基本構造としている K_<1.1>Mo_6S_<8.2> と Cu_<4.0>Mo_6S_8、(3) Mo_9S_<11> クラスターを基本構造としている K_<2.15>Mo_9S_<11>、(4) Mo_6S_8 と Mo_9S_<11> クラスターを基本構造としている K_<1.85>Mo_<15>S_<19> を合成し、それらの熱電特性を評価した。結果は、原子クラスターとその間に存在する空隙の形態を制御することで、シェブレル相硫化物の熱電性能指数 ZT を向上できることを示唆している。

研究成果

• [雑誌論文] High-performance Thermoelectric Mineral Cu_<12 - x>Ni_xSb_4S_<13>Tetrahedrite (2013)
  • 著者名/発表者名: Koichiro Suekuni, Kojiro Tsuruta, Masaru Kunii, Hirotaka Nishiate, Eiji Nishibori, Sachiko Maki, Michihiro Ohta, Atsushi Yamamoto, Mikio Koyano
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: Vol.113 ページ: 043712-1 -043712-5
  • DOI: DOI:10.1063/1.4789389
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermoelectric properties of Ti_<1+x>S_2prepared by CS_2sulfurization (2012)
  • 著者名/発表者名: Michihiro Ohta, Shuhei Satoh, Toshihiro Kuzuya, Shinji Hirai, Masaru Kunii, Atsushi Yamamoto
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: Vol.60 ページ: 7232-7240
  • DOI: DOI:10.1016/j.actamat.2012.09.035
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermoelectric Properties of Selenospinel Cu6Fe_4Sn_<12>Se_<32> (2012)
  • 著者名/発表者名: Koichiro Suekuni, Masaru Kunii, Hirotaka Nishiate, Michihiro Ohta, Atsushi Yamamoto, Mikio Koyano
  • 雑誌名: Journal of Electronic Materials 巻: Vol.41 ページ: 1130-1133
  • DOI: DOI:10.1007/s11664-011-1842-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation and Thermoelectric Properties of LaGd_<1+x>S_3and SmGd_<1+x>S_3 (2011)
  • 著者名/発表者名: Michihiro Ohta, Shinji Hirai, Toshihiro Kuzuya
  • 雑誌名: Journal of Electronic Materials 巻: Vol.40 ページ: 537-542
  • DOI: DOI:10.1007/s11664-010-1436-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] 未利用熱エネルギー活用のための熱電変換鉱物
  • 著者名/発表者名: 末國晃一郎、太田道広
  • 雑誌名: クリーンエネルギー 巻: (印刷中)
• [雑誌論文] Preparation of Single-Phase Pb-Filled Chevrel-Phase Sulfide and Its Thermoelectric Properties
  • 著者名/発表者名: Hirotaka Nishiate, Michihiro Ohta, Atsushi Yamamoto, Haruhiko Obara, Chul-Ho Lee, Kazuo Ueno
  • 雑誌名: Materials Transactions 巻: Vol.52 ページ: 1535-1538
  • DOI: DOI:10.2320/matertrans.E-M2011808
  • 査読あり
• [学会発表] K を充填した Mo_<3n>S_<3n+2>(n≧2)の熱電特性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 西当弘隆、國井勝、太田道広、山本淳
  • 学会等名: 日本金属学会 2013 年春期(第152回)講演大会
  • 発表場所: 東京理科大学神楽坂キャンパス(東京都)
  • 年月日: 20130327-29
• [学会発表] ナノ構造制御した高性能カルコゲナイド熱電材料 (2012)
  • 著者名/発表者名: 太田道広
  • 学会等名: 表面技術協会第126回講演大会
  • 発表場所: 室蘭工業大学(北海道)
  • 年月日: 20120927-28
• [学会発表] 基本構造を制御したカリウム充填モリブデン硫化物の熱電特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 西当弘隆、太田道広、山本淳
  • 学会等名: 日本金属学会 2012 年秋期(第151回)講演大会
  • 発表場所: 愛媛大学(愛媛県)
  • 年月日: 20120917-19
• [学会発表] カリウム充填モリブデン硫化物の複雑な結晶構造と低い格子熱伝導率 (2012)
  • 著者名/発表者名: 西当弘隆、太田道広、山本淳
  • 学会等名: 第九回日本熱電学会学術講演会(TSJ2012)
  • 発表場所: 東京工業大学東工大蔵前会館(東京都)
  • 年月日: 20120827-28
• [学会発表] Mo_<3n>S<3n+2>(n >= 2)クラスターを基本構造とするモリブデン硫化物の合成と熱電特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 西当弘隆、太田道広、山本淳
  • 学会等名: 日本金属学会 2012 年春期講演(第150回)大会
  • 発表場所: 横浜国立大学常盤台キャンパス(神奈川県)
  • 年月日: 20120328-30
• [学会発表] NaMo_6S_8と K_2Mo_<15>S_<19> の合成 (2011)
  • 著者名/発表者名: 西当弘隆、太田道広、山本淳
  • 学会等名: 日本金属学会 2011年秋期(第149回)大会
  • 発表場所: 沖縄コンベンションセンターおよびカルチャーリゾートフェストーネ(沖縄県)
  • 年月日: 20111107-09
• [学会発表] シェブレル相硫化物の基本構造 Mo_6S_8 の作製と熱電特性におよぼす金属充填の効果 (2011)
  • 著者名/発表者名: 西当弘隆、太田道広、山本淳、小原春彦、李哲虎、上野和夫
  • 学会等名: 第八回日本熱電学会学術講演会(TSJ2011)
  • 発表場所: 北海道大学学術交流会館(北海道)
  • 年月日: 20110808-09
• [学会発表] Sulfide Thermoelectric Materials: Rare-earth Sulfides, Chevrel-phase Sulfides, and Misfit Layered Sulfides (2011)
  • 著者名/発表者名: Michihiro Ohta
  • 学会等名: Workshop on Nanostructured Materials for Clean Energy
  • 発表場所: 産業技術総合研究所つくばセンター(茨城県)
  • 年月日: 2011-08-11
• [学会発表] Thermoelectric Properties of Ternary Molybdenum Sulfides Containing Mo_<3n>S_<3n+2>Clusters (2010)
  • 著者名/発表者名: Michihiro Ohta, Hirotaka Nishiate, Atsushi Yamamoto
  • 学会等名: The 31st International and 10th European Conference on Thermoelectrics (ICT/ECT2012)
  • 発表場所: Nordkraft (デンマーク、オールボー)
  • 年月日: 20100709-12
• [図書] 熱電材料と製造プロセス技術～熱電学シリーズ2～(梶川武信、河本邦仁監修)、第2章9節硫化物熱電材料と硫化合成 (2012)
  • 著者名/発表者名: 太田道広
  • 総ページ数: 204-223
  • 出版者: S&T 出版株式会社
• [備考] 記者説明会末國晃一郎、小矢野幹夫、太田道広、山本淳、西堀英治、自然界に存在する鉱物で熱電発電を可能に - 環境にやさしい高効率な熱電変換鉱物を発見 -、2013 年 2 月 15 日