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2016 年度 実績報告書

微細電子構造に起因する異常電子熱伝導度の制御指針の構築と高性能熱流制御材料の創製

研究課題

研究課題/領域番号 26289236
研究機関豊田工業大学

研究代表者

竹内 恒博  豊田工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00293655)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード熱電材料 / エネルギー選択散乱 / ゼーベック係数 / 熱伝導度 / 電気伝導度 / 液体急冷
研究実績の概要

本研究では,電子散乱にエネルギー依存性を与えることで,ゼーベック係数を効果的に増大させ,結果として,熱電材料の性能を向上させることを目的としている.この目的を達成するためには,電子散乱にエネルギー依存性を与える機構を物理的に解明するとともに,それを最大限に活用する指針を構築することが重要である.
これまでに,高マンガンシリサイド(Higher Manganese Silicide,以下HMSとする)の粒径を液体急冷法とその後の熱処理を用いて制御する手法を確立した.また,HMS相に半導体であるSiを微細に析出させた材料と,金属相であるMnSiを微細に析出させた試料に対しても,同様に,液体急冷法とその後の熱処理を用いて粒径を制御することに成功した.それぞれの熱電物性を精密に測定したところ,不純物相の有無によるゼーベック係数の大きな変化は観測されなかったが,粒径を小さくすることで,ゼーベック係数が有意に増大するとともに,電気抵抗率が若干増大した.この効果は,粒径の微細化により生み出される電子散乱にエネルギー依存性があることを示しており,まさに,エネルギー選択散乱効果を観測したと結論した.
さらに,リボン状試料で熱伝導度を正確に見積もる装置を開発し,粒径を小さくした試料の無次元性能指数を求めた.その結果,粒径を小さくすることで生じるゼーベック係数の増大が主因となり,熱電材料としての性能が30~40%程度向上できることを明らかにした.バルクの状態で小さな粒径を維持することはまだ出来ていないが,リボン状試料において,粒径を維持したまま空隙を減らすことに成功し,その結果として,ZT > 1.3を得ることに成功した.

現在までの達成度 (段落)

28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

28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

28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

28年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (26件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 2件、 査読あり 11件、 謝辞記載あり 10件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 5件、 招待講演 4件)

  • [国際共同研究] SRM University(インド)

    • 国名
      インド
    • 外国機関名
      SRM University
  • [雑誌論文] Enhancement of power factor by energy filtering effect in hierarchical BiSbTe3 nanostructures for thermoelectric applications2017

    • 著者名/発表者名
      M. Sabarinathana, M. Omprakash, S. Harish, M. Navaneethan, J. Archana, S. Ponnusamy, H. Ikeda, T. Takeuchi, C. Muthamizhchelvan, and Y. Hayakawa
    • 雑誌名

      Applied Surface Science

      巻: -- ページ: 6 pages

    • DOI

      10.1016/j.apsusc.2016.12.010

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Doping effects of Mg for In on the thermoelectric properties of β-In2S3 bulk samples2017

    • 著者名/発表者名
      Y.-X. Chen, A. Yamamoto, and T. Takeuchi
    • 雑誌名

      Journal of Alloys and Compounds

      巻: 695 ページ: 1631-1636

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2016.10.309

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Thermoelectric properties of p-type Cr doped MnSiγ prepared by liquid quenching technique2017

    • 著者名/発表者名
      S. Ghodke, A. Yamamoto, M. Omprakash, H. Ikuta, and T. Takeuchi
    • 雑誌名

      Materials Transactions

      巻: 58 ページ: 160-163

    • DOI

      10.2320/matertrans.M2016246

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] The Potential of FeVSb Half-Heusler Phase for Practical Thermoelectric Material2017

    • 著者名/発表者名
      A. Yamamoto and T. Takeuchi
    • 雑誌名

      Journal of Electronic Materials

      巻: 46 ページ: 3200-3206

    • DOI

      10.1007/s11664-016-4804-y

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Thickness dependence of thermal conductivity and electron transport properties of Fe2VAl thin-films prepared by RF sputtering technique2016

    • 著者名/発表者名
      S. Hiroi, M. Mikami, K. Kitahara, and T. Takeuchi
    • 雑誌名

      International Journal of Nanotechnology

      巻: 13 ページ: 881-890

    • DOI

      10.1504/IJNT.2016.080367

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Thermoelectric Properties of Fe2VAl-Based Thin-Films Deposited at High Temperature2016

    • 著者名/発表者名
      S. Hiroi, M. Mikami and T. Takeuchi
    • 雑誌名

      Materials Transactions

      巻: 57 ページ: 1628-1632

    • DOI

      10.2320/matertrans.E-M2016824

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] The Potential of Maximal ZT-Value for Thermoelectric Materials of Mn11Si19 HMS Phase by Calculating Electronic Structure2016

    • 著者名/発表者名
      A. Yamamoto, K. Kitahara, H. Miyazaki, M. Inukai, and T. Takeuchi
    • 雑誌名

      Ceramics for Energy Conversion, Storage, and Distribution Systems: Ceramics Transactions

      巻: 255 ページ: 147-156

    • DOI

      ISBN: 978-1-119-23448-7

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Thermoelectric Properties Higher Manganese Silicide Containing Small Amount of MnSi/Si NanoParticles2016

    • 著者名/発表者名
      Swapnil Ghodke, A. Yamamoto, H. Ikuta, T. Takeuchi
    • 雑誌名

      Ceramics for Energy Conversion, Storage, and Distribution Systems: Ceramics Transactions

      巻: 255 ページ: 115-122

    • DOI

      ISBN: 978-1-119-23448-7

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Thermoelectric Properties of Al-Mn-Si Based C54 Phase Containing Small Amount of C40 Phase2016

    • 著者名/発表者名
      A. Yamamoto, S. Ghodke, H. Miyazaki, Y. Nishino, M. Matsunami and T. Takeuchi
    • 雑誌名

      Materials Transactions

      巻: 57 ページ: 1055-1059

    • DOI

      10.2320/matertrans.MF201613

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Enhanced thermoelectric properties of W and Fe substituted MnSiγ2016

    • 著者名/発表者名
      S. Ghodke, N. Hiroishi, A. Yamamoto, H. Ikuta, M. Matsunami, and T. Takeuchi
    • 雑誌名

      Journal of Electronic Materials

      巻: 45 ページ: 5279-5284

    • DOI

      10.1007/s11664-016-4688-x

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Thermal Conductivity Measurement of Liquid-Quenched Higher Manganese Silicides2016

    • 著者名/発表者名
      S. Nishino, M. Miyata, K. Ohdaira, M. Koyano, and T. Takeuchi
    • 雑誌名

      Journal of Electronic Materials

      巻: 45 ページ: 1821-1826

    • DOI

      10.1007/s11664-015-4236-0

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Thermoelectric properties of half-Heusler FeV1-xTixSb2017

    • 著者名/発表者名
      Kevin Delime-Codrin, A. Yamamoto, T. Yamada and T. Takeuchi
    • 学会等名
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2017-03-15
  • [学会発表] 微細電子構造とフォノンの散乱機構を考慮した環境調和型熱電材料の開発2017

    • 著者名/発表者名
      竹内恒博
    • 学会等名
      平成28年度液体・非晶質研究会
    • 発表場所
      エッサム神田ホール 401 会議室,(東京都千代田区)
    • 年月日
      2017-03-13
    • 招待講演
  • [学会発表] 異常電子熱伝導度と異常格子熱伝導度を利用した革新的熱利用材料2016

    • 著者名/発表者名
      竹内恒博
    • 学会等名
      日本伝熱学会東海支部主催第27回東海伝熱セミナー『エネルギー有効利用のための熱工学的アプローチ』
    • 発表場所
      鳥羽シーサイドホテル(三重県鳥羽市)
    • 年月日
      2016-09-16
    • 招待講演
  • [学会発表] ZT>2を実現する条件と新しい熱電材料の開発2016

    • 著者名/発表者名
      竹内恒博
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ,新潟コンベンションセンター(新潟県新潟市)
    • 年月日
      2016-09-16
    • 招待講演
  • [学会発表] 周期加熱法を用いたMnSiγリボン状試料の熱伝導度測定2016

    • 著者名/発表者名
      西野俊佑,Swapnil Ghodke,山本 晃生,竹内恒博
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ,新潟コンベンションセンター(新潟県新潟市)
    • 年月日
      2016-09-15
  • [学会発表] 電子構造から予測したFeVSb half-Heusler の熱電物性2016

    • 著者名/発表者名
      山本晃生,山田竜也,竹内恒博
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ,新潟コンベンションセンター(新潟県新潟市)
    • 年月日
      2016-09-15
  • [学会発表] Thermoelectric properties of lacunar spinel β-In2-2xCuxZnxS32016

    • 著者名/発表者名
      K. Delime-Codrin, T. Takeuchi
    • 学会等名
      第13回日本熱電学会学術講演会
    • 発表場所
      東京理科大学 葛飾キャンパス(東京都葛飾区)
    • 年月日
      2016-09-06
  • [学会発表] Nanostructured super-saturated solid solution of transition metal (Cr/Fe/W/Re) substituted higher manganese silicide2016

    • 著者名/発表者名
      Swapnil Ghodke, A. Yamamoto, H. Ikuta, T. Takeuchi
    • 学会等名
      第13回日本熱電学会学術講演会
    • 発表場所
      東京理科大学 葛飾キャンパス(東京都葛飾区)
    • 年月日
      2016-09-06
  • [学会発表] Mnを(Ta,W,Re)で部分置換したHMS相に対してAgを少量添加したバルク体の熱電物性2016

    • 著者名/発表者名
      山本晃生,竹内恒博
    • 学会等名
      第13回日本熱電学会学術講演会
    • 発表場所
      東京理科大学 葛飾キャンパス(東京都葛飾区)
    • 年月日
      2016-09-05
  • [学会発表] Development of high performance thermoelectric materials consisting solely of environmental friendly elements2016

    • 著者名/発表者名
      A. Yamamoto and T. Takeuchi
    • 学会等名
      BIT's 5th Annual World Congress of Advenced Materials-2016
    • 発表場所
      Chongqing, China
    • 年月日
      2016-06-08
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Enhancement of power factor by energy filtering effect in Re substituted HMS2016

    • 著者名/発表者名
      Swapnil Ghodke, A. Yamamoto, H. Ikuta, and T. Takeuchi
    • 学会等名
      The 35th International Conference on Thermoelectrics & The 1st Asian Conference on Thermoelectrics
    • 発表場所
      Wuhan, China
    • 年月日
      2016-06-02
    • 国際学会
  • [学会発表] Thermoelectric properties of lacunar spinel β-In2-2xCuxZnxS32016

    • 著者名/発表者名
      K. Delime-Codrin, A. Yamamoto, K. Kitahara, S. Hiroi, and T. Takeuchi
    • 学会等名
      The 35th International Conference on Thermoelectrics & The 1st Asian Conference on Thermoelectrics
    • 発表場所
      Wuhan, China
    • 年月日
      2016-05-31 – 2016-06-01
    • 国際学会
  • [学会発表] Thermoelectric performance of higher manganese silicide containing a small amount of 5d transition metal elements2016

    • 著者名/発表者名
      A. Yamamoto, S. Ghodke, M. Matsunami, and T. Takeuchi
    • 学会等名
      The 35th International Conference on Thermoelectrics & The 1st Asian Conference on Thermoelectrics
    • 発表場所
      Wuhan, China
    • 年月日
      2016-05-31 – 2016-06-01
    • 国際学会
  • [学会発表] Thermoelectric properties of full-Heusler Fe2VAl-based thin-films2016

    • 著者名/発表者名
      S. Hiroi and T. Takeuchi
    • 学会等名
      The 35th International Conference on Thermoelectrics & The 1st Asian Conference on Thermoelectrics
    • 発表場所
      Wuhan, China
    • 年月日
      2016-05-30
    • 国際学会

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公開日: 2018-01-16  

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