| 研究課題/領域番号 |
24360314
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| 研究機関 | 室蘭工業大学 |
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研究代表者 |
平井 伸治 室蘭工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10208796)
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| 研究分担者 |
葛谷 俊博 室蘭工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00424945)
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| 研究期間 (年度) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| キーワード | 不定比組成 / CZTS / 固相反応焼結 / 2次焼結 / 熱電特性 / 無次元性能指数 |
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| 研究実績の概要 |
最初に、固相反応焼結によりCu過剰不定比組成CZTS焼結体（以下、1次焼結体）を作製し、次に、これを粉砕した微細な粉末を用いて2次焼結を行うことにより同じ組成の緻密な焼結体（以下、2次焼結体）を作製することにした。
市販のCu2S、ZnS、SnS2粉末（高純度化学製）を出発原料に用いた。目標組成がモル比でCu2S：ZnS：SnS2＝1：1：1（Cu2ZnSnS4）の定比組成、1.15：0.7：1（Cu2.3Zn0.7SnS3.85）の不定比組成になるように混合した粉末を、パルス通電焼結装置を用いて真空中、20 MPaの加圧下にて、焼結温度773 K、焼結時間3.6 ksの下で固相反応焼結させ、1次焼結体を作製した。この1次焼結体を遊星型ボールミルにより粉砕し、微粉末化した。続いて、得られた粉末を、再びパルス通電焼結装置を用いて80 MPaの加圧下にて1次焼結と同様の焼結条件において焼結し、2次焼結体を作製した。
焼結体断面研磨面の観察から、1次焼結体では明らかに２相が混在し、また空隙も存在したが、2次焼結体は組織が単相かつ空隙の大幅な減少が確認された。
不定比組成2次焼結体の熱電特性は、焼結条件が高加圧かつ高温の1次焼結体と較べてSはわずかに減少するものの、緻密化によりρが減少した。出力因子Pは、Sの減少よりもρの減少の影響が大きいため、1次焼結体と較べて2次焼結体は増加した。また、熱伝導率κは1次焼結体と較べて大きな変化はなく、空隙の存在による熱伝導率の低下は見られなかった。従って、ZT値を比較すると、焼結条件が高加圧かつ高温の1次焼結体では560 K付近で0.13であるのに対し、2次焼結体ではρが著しく減少し、κに大きな変化がなかったことから、同じ561 Kにおいて0.18まで増加した。今回作製した定比組成2次焼結体と比較すると、Cu過剰不定比組成2次焼結体のZT値は560 K付近で約4倍、他は約10倍増加した。
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| 現在までの達成度 (段落) |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 次年度使用額の使用計画 |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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