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2014 年度 実施状況報告書

ZTメータを用いた酸化物熱電材料の動的・スモールポーラロン生成メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 25410238
研究機関山梨大学

研究代表者

掛本 博文  山梨大学, 総合研究部, 助教 (10334509)

研究分担者 入江 寛  山梨大学, 総合研究部, 教授 (70334349)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワードNb oxide / Ba2NaNb5O15 / ゼーベック係数 / 導電率 / 熱伝導率 / ハーマン法 / バンド計算
研究実績の概要

本研究では、酸化物熱電材料のうち、より多彩な制御が可能な、ホッピング伝導を示す材料に着目して研究を行っている。
平成26年度は、主に1.Nb2O5セラミックスの熱伝導率(κ)の取得、2.Ba2NaNb5O15配向セラミックスの熱電特性(ゼーベック係数:S、導電率:σ)について調査を行った。
1. Nb2O5セラミックスのκの取得では、ハーマン法による測定システムの再構築を行った。また一部、有限要素法による解析も実施し、試料のおおよそのサイズ、熱電物性を入力し、解析を実行した。特に、印加電圧とペルチェ熱、ジュール熱との関係を整理した。測定温度環境をおおよそ把握しつつ、ハーマン法を実施しκの測定を行った。
2. Ba2NaNb5O15配向セラミックスでは、配向のための針状粒子の作製を再調査し、良好な熱電特性を有する試料作製を継続して実施している。また、上記の試料による熱電特性とバンド計算(wien2K)およびボルツマン輸送方程式による熱電物性の解析結果(S,σ,κ)との比較を行った。さらに、ゼーベック係数の温度特性(S-T)について、Gasumyants eq.を用いてカーブフィッテングを行い、バンド内、酸素欠陥準位によるナローバンドの知見が得られた。今後は、再構築したハーマン法測定システムにより、κの取得を行い、最終的に、動的・スモールポーラロン生成メカニズムの解明を行う。論文(共著)1件、国際会議:4件、国内会議:1件、特許1件が公開されている。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

これまでのBa2NaNb5O15配向セラミックスの熱電物性の値(S,σ,κ)と、バンド計算(Wien2K)およびボルツマン輸送方程式(Boltz trap)による計算値と比較に着手した。
さらに、ゼーベック係数の温度特性(S-T)について、Gasumyants eq.を用いてカーブフィッテングを行い、バンド内、酸素欠陥準位によるナローバンドの知見が得られた。
さらに、完成度の高いBa2NaNb5O15配向セラミックスを作製し、ハーマン法による熱伝導率の取得を行い、Ba2NaNb5O15配向セラミックスのκについての考究を行う。
さらに継続して、ハーマン法を原理とするZTメータを用いて、熱電物性の値(S,σ,κ)との比較から、動的・スモールポーラロン生成メカニズムの解明を行う。

以上より、本研究はおおむね順調に進展していると考えている。

今後の研究の推進方策

1. Ba2NaNb5O15配向セラミックスの熱電特性の向上。針状結晶の作製条件を再検討は終え、一軸プレス時の工夫によりより簡便な試料作製を可能としている。これより熱電測定を行い、作製条件にフィードバックする。
2. ハーマン法によるBa2NaNb5O15配向セラミックスの熱伝導率(κ)の取得。ハーマン法測定システムの再構築を終え、Nb2O5セラミックスのκの取得には成功している。これより、Ba2NaNb5O15配向セラミックスのκの取得を行う。
3. Ba2NaNb5O15配向セラミックスの熱電物性の値(S,σ,κ)と、バンド計算(Wien2K)およびボルツマン輸送方程式(Boltz trap)による計算値と比較。すでに着手をしており、今後は、σについての知見を得ることが重要となる。
4. Ba2NaNb5O15セラミックス中のNaの熱伝導率(κ)について。上記2.および3.より、考察を進める。さらに、Naを欠損させた試料の作製も可能ならば行い、考察に加える。
5. 動的・スモールポーラロン生成メカニズムの解明。上記の内容を総括しつつ全体的な熱電物性の視野に立って、解明を進める。

次年度使用額が生じた理由

学会等での発表、論文発表、特許の出願を行うため。

次年度使用額の使用計画

次年度は、引き続き研究の継続を行い、研究成果の国際会議での発表および論文投稿を考えている。
応用物理学会(都内)出張
論文投稿費用

備考

http://www.ccn.yamanashi.ac.jp/~scesgroup/index.html

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (5件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Photo-controlled Thermoelectric Properties with Reversibility and Photo-Thermoelectric Effects of Tungsten Trioxide Accompanied by Its Photochromic Phenomenon2014

    • 著者名/発表者名
      C. Azuma, T. Kawano, H. Kakemoto, and H. Irie
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 116 ページ: 173502-173503

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1063/1.4900852

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] ハーマン法による酸化物材料の熱伝導率測定2015

    • 著者名/発表者名
      掛本博文、河野拓人、入江寛
    • 学会等名
      2015年第62回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東海大学, 神奈川県
    • 年月日
      2015-03-11 – 2015-03-14
  • [学会発表] Photo-Tunable and Photo-Induced Thermoelectric Properties of Tungsten Trioxide2014

    • 著者名/発表者名
      H. Irie, H. Kakemoto, and C. Azuma
    • 学会等名
      The 33nd International Conference on Thermoelectrics (ICT2014)
    • 発表場所
      Nashville,USA
    • 年月日
      2014-07-06 – 2014-07-10
  • [学会発表] Thermal conductivity of Non-stoichiometric Tungsten Bronze type Oxide Barium Sodium Niobate2014

    • 著者名/発表者名
      H. Kakemoto, T. Kawano, K. Ozawa, and H. Irie
    • 学会等名
      The 33nd International Conference on Thermoelectrics (ICT2014)
    • 発表場所
      Nashville,USA
    • 年月日
      2014-07-06 – 2014-07-10
  • [学会発表] Thermoelectric properties of LiNiO2-NiO multicomponents ceramics2014

    • 著者名/発表者名
      T. Kawano, H. Kakemoto, and H. Irie
    • 学会等名
      The 33nd International Conference on Thermoelectrics (ICT2014)
    • 発表場所
      Nashville,USA
    • 年月日
      2014-07-06 – 2014-07-10
  • [学会発表] Thermoelectric properties of Non-stoichiometric Silver Antimonate2014

    • 著者名/発表者名
      K. Ozawa, H. Kakemoto, S. Nishiyama, and H. Irie
    • 学会等名
      The 33nd International Conference on Thermoelectrics (ICT2014)
    • 発表場所
      Nashville,USA
    • 年月日
      2014-07-06 – 2014-07-10
  • [産業財産権] 熱電素子及び製造方法2014

    • 発明者名
      掛本博文、入江寛、河野拓人
    • 権利者名
      山梨大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2014-127807
    • 出願年月日
      2014-06-23

URL: 

公開日: 2016-05-27  

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