• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2014 年度 実績報告書

変調ドープと結晶粒径極微制御による高移動度・低熱伝導率ナノシリコン熱電材料の創成

研究課題

研究課題/領域番号 25289220
研究機関大阪大学

研究代表者

黒崎 健  大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90304021)

研究分担者 内田 紀行  独立行政法人産業技術総合研究所, その他部局等, 研究員 (60400636)
石丸 学  九州工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00264086)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2017-03-31
キーワード熱電変換
研究実績の概要

今期に得られた成果のうち、代表的なものの概要は、以下の通りである。Siに対して変調ドープを施すための第二相として作製したGeを少量含有するPをドープしたn型Siが、極めて高い熱電変換性能指数ZTを示すことを見出した。材料の微細組織を透過型電子顕微鏡により観察したところ、材料中に二種類のPリッチなナノ析出物が存在していることを見出した。このPリッチ析出物には、サイズが約5 nmの球状のものと、サイズが約20 nmの板状のものの二種類があり、前者はコヒーレントに、後者はセミコヒーレントに、それぞれマトリックス相と接触していることを突き止めた。このようなコヒーレント、セミコヒーレント接合により、電子の輸送は妨げられることなくフォノンのみが効果的に散乱され、結果ZTの大幅な増大が達成された。今回最適化された組成は、仕込み組成でSi97Ge3P3であり、ZTの最大値は、1050 KでZT = 0.6であった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

変調ドープに関する研究をすすめていく際、変調ドープ相として想定していた仕込み組成でSi97Ge3P3の材料が、極めて高い熱電変換性能指数を示すことを見出したため。透過型電子顕微鏡観察を始めとするいくつかの解析により、材料中に自然に生じているナノ析出物が高い熱電変換性能指数の起源であることを突き止めた。このことは当初予定していなかったものである。当初の予定にはない画期的な研究成果が得られたものと考えている。

今後の研究の推進方策

当初の予定通りSiに対して変調ドープを施すことでZTの大幅な向上を試みる。一方、Siに類似した半導体的特性を示すGeについても同様の研究を行うことで、三次元バルク変調ドープの原理実証も試みていきたいと考えている。

  • 研究成果

    (17件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 1件) 図書 (1件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Synthesis and Characterization of Melt-Spun Metastable Al6Ge52015

    • 著者名/発表者名
      Masaya Kumagai, Ken Kurosaki, Noriyuki Uchida, Yuji Ohishi, Hiroaki Muta, and Shinsuke Yamanaka
    • 雑誌名

      J. Electron. Mater.

      巻: 44 ページ: 948-952

    • DOI

      10.1007/s11664-014-3592-5

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Enhancement of thermoelectric efficiency of CoSb3-based skutterudites by double filling with K and Tl2014

    • 著者名/発表者名
      Ken Kurosaki, Guanghe Li, Yuji Ohishi, Hiroaki Muta, and Shinsuke Yamanaka
    • 雑誌名

      Front. Chem.

      巻: 2 ページ: 84-1-84-4

    • DOI

      10.3389/fchem.2014.00084

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Bottom-up nanostructured bulk silicon: A practical high-efficiency thermoelectric material2014

    • 著者名/発表者名
      Aikebaier Yusufu, Ken Kurosaki, Yoshinobu Miyazaki, Manabu Ishimaru, Atsuko Kosuga, Yuji Ohishi, Hiroaki Muta, and Shinsuke Yamanaka
    • 雑誌名

      Nanoscale

      巻: 6 ページ: 13921-13927

    • DOI

      10.1039/c4nr04470c

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Effect of ball-milling conditions on thermoelectric properties of polycrystalline CuGaTe22014

    • 著者名/発表者名
      Masaya Kumagai, Ken Kurosaki, Yuji Ohishi, Hiroaki Muta, and Shinsuke Yamanaka
    • 雑誌名

      Mater. Trans.

      巻: 55 ページ: 1215-1218

    • DOI

      10.2320/matertrans.E-M2014821

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermoelectric properties of group 13 elements-triple filled skutterudites: nominal InxGa0.02Tl0.20Co4Sb122014

    • 著者名/発表者名
      Guanghe Li, Ken Kurosaki, Yuji Ohishi, Hiroaki Muta, and Shinsuke Yamanaka
    • 雑誌名

      Mater. Trans.

      巻: 55 ページ: 1232-1236

    • DOI

      10.2320/matertrans.E-M2014826

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Local structure determination of substitutional elements in Ca3Co4-xMxO9 (M = Fe, Cr, Ga) using X-ray absorption spectroscopy2014

    • 著者名/発表者名
      Supree Pinitsoontorn, Natkrita Prasoetsopha, Pornjuk Srepusharawoot, Atipong Bootchanont, Pinit Kidkhunthod, Teerasak Kamwanna, Vittaya Amornkitbamrung, Ken Kurosaki, and Shinsuke Yamanaka
    • 雑誌名

      Phys. Status Solidi A

      巻: 211 ページ: 1732-1739

    • DOI

      10.1002/pssa.201330493

    • 査読あり
  • [雑誌論文] RE5X3(RE = Gd, La, X = Si, Ge)の熱電特性2014

    • 著者名/発表者名
      仲山聡通,黒﨑 健,大石佑治,牟田浩明,山中伸介
    • 雑誌名

      日本金属学会誌

      巻: 78 ページ: 225-229

    • DOI

      10.2320/jinstmet.J2014005

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermoelectric properties of Ca3Co4-xGa(x)O9+delta prepared by thermal hydro-decomposition2014

    • 著者名/発表者名
      Natkrita Prasoetsopha, Supree Pinitsoontorn, Teerasak Kamwanna, Ken Kurosaki, Yuji Ohishi, Hiroaki Muta, and Shinsuke Yamanaka
    • 雑誌名

      J. Electron. Mater.

      巻: 43 ページ: 2064-2071

    • DOI

      10.1007/s11664-013-2954-8

    • 査読あり
  • [学会発表] KとTlをダブルフィルドしたCoSb3基スクッテルダイト化合物の熱電特性2015

    • 著者名/発表者名
      黒崎 健
    • 学会等名
      日本金属学会「2015年春期(第156回)大会」
    • 発表場所
      東京大学
    • 年月日
      2015-03-18 – 2015-03-20
  • [学会発表] 第13族元素を充填したCoSb3基スクッテルダイト化合物の熱電特性2014

    • 著者名/発表者名
      黒崎 健
    • 学会等名
      粉体粉末冶金協会「平成26年度秋季講演大会」
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2014-10-29 – 2014-10-31
  • [学会発表] タリウムを充填したp型スクッテルダイト化合物の熱電特性2014

    • 著者名/発表者名
      黒崎 健
    • 学会等名
      日本熱電学会第11回学術講演会
    • 発表場所
      物質・材料研究機構
    • 年月日
      2014-09-29 – 2014-09-30
  • [学会発表] Thermoelectric Properties of p-type Skutterudites Filled by Thallium2014

    • 著者名/発表者名
      Ken Kurosaki
    • 学会等名
      IUMRS-International Conference on Electronic Materials IUMRS-ICA2014
    • 発表場所
      Fukuoka University
    • 年月日
      2014-09-24 – 2014-09-30
  • [学会発表] タリウムフィルドp型スクッテルダイト化合物の熱電特性に及ぼすFe/Co比の影響2014

    • 著者名/発表者名
      黒崎 健
    • 学会等名
      日本金属学会「2014年秋期(第155回)大会」
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      2014-09-24 – 2014-09-26
  • [学会発表] Thermoelectric Properties of Au/AuTe2/Bi0.4Sb1.6Te3 Nanocomposites2014

    • 著者名/発表者名
      Ken Kurosaki
    • 学会等名
      2014 EMN EAST Meeting
    • 発表場所
      Beijing
    • 年月日
      2014-05-12 – 2014-05-15
    • 招待講演
  • [図書] 熱電変換材料 実用・活用を目指した設計と開発~材料技術/モジュール化/フレキシブル化/実用例~2014

    • 著者名/発表者名
      黒崎 健
    • 総ページ数
      210
    • 出版者
      情報機構
  • [備考] 大阪大学准教授 黒崎 健 紹介ホームページ

    • URL

      http://www.see.eng.osaka-u.ac.jp/seems/seems/kurosaki.html

  • [備考] ナノスケール構造制御による高効率バルクシリコン熱電材料の開発

    • URL

      http://thermoelectric-nanosilicon.jp/index.html

URL: 

公開日: 2016-06-01  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi