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2014 年度 実績報告書

低環境負荷・中高温域カスケードモジュール用フラッシュ合成製ナノ熱電材料の開発

研究課題

研究課題/領域番号 24360400
研究機関北海道大学

研究代表者

沖中 憲之  北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20250483)

研究分担者 張 麗華  北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 特任助教 (60719714)
研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワードナノ材料 / 熱電変換 / 排熱利用 / 環境材料 / 不定比酸化物 / 格子欠陥 / 燃焼合成 / フラッシュ合成
研究実績の概要

色々な分野で発生する熱エネルギーの大部分は,現在,未利用のまま捨てられている。熱電発電は,地球温暖化対策とも相まって,この廃熱エネルギーを回収する小規模なエネルギー変換システムとして期待されている。しかし一方で,従来の熱電材料は重金属等の有害化危惧物質を含んだ材料が多く,環境負荷の少ない材料が望まれている。この点において酸化物熱電材料は環境負荷が少なく,金属の熱電材料では問題になる高温大気中における安定性も高い。また,化学量論比からずれた不定比金属酸化物半導体は,酸素の欠乏量,過剰量によりキャリア濃度を制御可能である。不定比組成を厳密に制御できれば,有用な熱電材料になる。一方,燃焼合成法の一種であるフラッシュ合成法は,任意の不定比組成を有する不定比金属酸化物をサブマイクロメートルの粒子径で合成可能な手段であり,酸化物熱電材料を作製するのに非常に有用な方法である。このため,フラッシュ合成法を粉末酸化物の製作に適用し,これを原料とした不定比酸化物熱電材料,および,その製造プロセスを研究するとともに,最終的には,この熱電材料を用いたカスケード型熱電モジュールの提案を目指した。

1. カスケード型熱電モジュールの試作 平成24年度,25年度において決定した中・高温用p型,n型それぞれの熱電材料を用いて,カスケード型熱電発電モジュールを提案した。
2. 総合的評価 p型,n型熱電半導体材料の最適組成及び金属酸化物粉体の固化成形方法,試作した熱電モジュールに関して総合的に評価・検討した。
3. 研究成果の発表 平成24年度,25年度と同様に積極的に成果の発表を行い,他の研究者からの助言,批判を受ける。助言や批判の内容はそれぞれの検討課題へフィードバックさせた。

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。

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。

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。

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。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 4件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] Combustion synthesis of TiFe by utilizing magnesiothermic reduction2015

    • 著者名/発表者名
      M. Deguchi, N. Yasuda, C. Zhu, N. Okinaka, T. Akiyama
    • 雑誌名

      Journal of Alloys and Compounds

      巻: 622 ページ: 102-107

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2014.10.051

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Fabrication of mixed α/β-SiAlON powders via salt-assisted combustion synthesis2014

    • 著者名/発表者名
      J. Niu, K. Harada, S. Suzuki, I. Nakatsugawa, N. Okinaka, T. Akiyama
    • 雑誌名

      Journal of Alloys and Compounds

      巻: 604 ページ: 260-265

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2014.03.145

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Thermodynamic analysis of thermite synthesis for thermoelectric Fe2VAl2014

    • 著者名/発表者名
      A. Kikuchi, N. Okinaka, T. Akiyama
    • 雑誌名

      Journal of Applied Thermal Engineering

      巻: 70 ページ: 876-883

    • DOI

      10.1016/j.applthermaleng.2014.05.076

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Single thermite-type combustion synthesis of Fe2VAl for thermoelectric applications from Fe, V2O5, and Al powders2014

    • 著者名/発表者名
      K. Abe, A. Kikuchi, N. Okinaka, T. Akiyama
    • 雑誌名

      Journal of Alloys and Compounds

      巻: 611 ページ: 319-323

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2014.05.137

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 燃焼合成-放電プラズマ焼結によるホイスラー合金Fe2VAlの合成2014

    • 著者名/発表者名
      阿部圭佑,菊地麻,沖中憲之,秋山友宏
    • 学会等名
      第11回日本熱電学会学術講演会
    • 発表場所
      物質・材料研究機構(つくば)
    • 年月日
      2014-09-29 – 2014-09-30
  • [学会発表] 燃焼合成-放電プラズマ焼結製Fe2VAlの熱伝導率に及ぼすボールミル粉砕時間の影響2014

    • 著者名/発表者名
      阿部圭佑, 菊地麻美, 沖中憲之, 秋山友宏
    • 学会等名
      平成26年度日本金属学会日本鉄鋼協会両支部合同サマーセッション
    • 発表場所
      北海道大学(札幌)
    • 年月日
      2014-07-28 – 2014-07-28

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公開日: 2016-06-01  

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