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2013 年度 実施状況報告書

超イオン伝導性を示す高移動度熱電変換材料の開発と乱れの制御

研究課題

研究課題/領域番号 25620040
研究種目

挑戦的萌芽研究

研究機関東京大学

研究代表者

石渡 晋太郎  東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00525355)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
キーワード熱電変換 / 超イオン伝導 / 層状カルコゲナイド / ドメイン観察
研究概要

申請者は最近、層状物質β-CuAgSeの多結晶体が、低温において非常に高い電子移動度を示すこと、熱伝導度が低く従って高い熱電性能を示すことを見いだした。この物質は200℃以上のα相では立方晶の超イオン伝導体となることが知られており、低温β相と比べて格子振動を介した熱伝導度がさらに低下することが期待される。
H25年度は、①高温α相の熱電性能を調べる、②温度可変ステージを装備した偏光顕微鏡を用いて、立方晶のα相から斜方晶のβ相への構造相転移に伴うドメイン形成を観察し、さらに一軸圧治具を用いたドメイン制御による熱電性能の向上が可能かどうかを調べる、の2点を重点的に行った。①に関してであるが、α相では超イオン伝導性に伴う非調和熱振動によって熱伝導度が非常に低くおさえらえ、ZTが最大0.4程度まで上昇することを確認した。②に関しては、立方晶のα相ではほぼ単一ドメインであり、β相では数十から数百ミクロン程度のマルチドメインが存在することが確認できたものの、一軸圧がドメイン構造に与える影響は非常に小さく、従って一軸圧による熱電性能の大幅な改善は見られないという結果が得られた。

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

H25年度に予定していた研究計画のうち特に重要な課題、構造相転移に伴うCuAgSeのドメイン形成化の観察とその一軸圧効果を調べることができたため。

今後の研究の推進方策

今後は構造相転移近傍の冷却速度を大幅に変えることで、ドメイン制御および熱電性能の制御を行う。特に高温α相から超急冷を行うことで、ドメインを微細化することを目指す。また、層状構造を有するカルコゲナイド物質に対して、電気化学的手法を用いたキャリア制御を行うことでさらなる熱電性能向上を目指す。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (1件) 学会発表 (4件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Insulator-to-Superconductor Transition upon Electron Doping in a BiS2-Based Superconductor Sr1-xLaxFBiS22014

    • 著者名/発表者名
      H. Sakai, D. Kotajima, K. Saito, H. Wadati, Y. Wakisaka, M. Mizumaki, K. Nitta, Y. Tokura, S. Ishiwata
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 83 ページ: 014709/1-7

    • DOI

      10.7566/JPSJ.83.014709

  • [学会発表] トポロジカル絶縁体における電気化学的銅インターカレーションと化学ポテンシャル制御2014

    • 著者名/発表者名
      齋藤公佑,酒井英明,十倉好紀,石渡晋太郎
    • 学会等名
      日本物理学会 第69回年次大会
    • 発表場所
      神奈川県、東海大学
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] Fermi Level Tuning of 3D Topological Insulator Bi2Te3 by Electrochemical Cu-Intercalation2014

    • 著者名/発表者名
      K. Saito, H. Sakai, Y. Tokura, S. Ishiwata
    • 学会等名
      FIRST International Symposium on “Topological Quantum Technology”
    • 発表場所
      東京都、東京大学
    • 年月日
      20140127-20140130
  • [学会発表] Fermi level tuning of layered pnictogen chalcogenides by electrochemical Cu-intercalation2013

    • 著者名/発表者名
      K. Saito, H. Sakai, Y. Tokura, S. Ishiwata
    • 学会等名
      FIRST-QS2C WS on "Emergent Phenomena of Correlated Materials
    • 発表場所
      東京都、品川インターシティーホール
    • 年月日
      20131113-20131116
  • [学会発表] 高移動度半金属β-CuAgSeの熱電特性2013

    • 著者名/発表者名
      石渡晋太郎,塩見雄毅,J. S. Lee,M. S. Bahramy,鈴木健士,打田正輝,有田亮太郎, 田口康二郎,十倉好紀
    • 学会等名
      第十回日本熱電学会学術講演会(TSJ2013)
    • 発表場所
      愛知県、名古屋大学
    • 年月日
      20130908-20130909
  • [図書] Electronic Journal 別冊 2015 熱電変換材料&デバイス技術大全2014

    • 著者名/発表者名
      石渡晋太郎他
    • 総ページ数
      108
    • 出版者
      電子ジャーナル

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公開日: 2015-05-28  

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