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2016 年度 実績報告書

バルクナノへテロ構造を有する酸化物熱電変換材料の開発

研究課題

研究課題/領域番号 26289242
研究機関九州大学

研究代表者

大瀧 倫卓  九州大学, 総合理工学研究科(研究院), 教授 (50223847)

研究分担者 渡邊 厚介  九州大学, エネルギー基盤技術国際教育研究センター, 助教 (40617007)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード酸化亜鉛 / 複合ドープ / 微細構造 / 熱電変換材料 / 第二相 / 細孔 / 熱伝導率 / フォノン散乱
研究実績の概要

GaとAlを共ドープしたZnO焼結体について、SEM/EBSDを用いて生成結晶相とその結晶子径について詳細に検討したところ、Gaドープ量の増加に伴って、ZnOとは結晶構造の異なる第二相が生成し、同時にZnO母相の結晶子径が著しく減少していることを見出した。結果として、共ドープした試料は100nmオーダーの微細なZnO結晶子と第二相結晶子がナノレベルで複合した複雑な微細構造を有しており、Ga共ドープによる大幅な熱伝導率の低減は、自発的に生成したこのバルクナノへテロ構造に起因することが強く示唆された。一方、CuとAlを共ドープしたZnO試料では、Ga共ドープ試料よりさらに顕著な熱伝導率の低減が観測されたが、SEM/EBSDによる微細構造解析の結果、Ga共ドープ試料で見られたような結晶子径の顕著な現象は認められず、その代わりに数100nmオーダーの微細気孔が生成していることがわかった。この細孔の生成理由は明らかではないが、Cu共ドープ試料における熱伝導率の低減機構は、Ga共ドープ試料とは全く異なると考えられる。Cu共ドープ試料では、Cuドープ量の増加に対応してキャリア濃度が大きく低下しており、CuがZnO母相からAlを脱ドープしているものと考えられる。Alドープ量を増加させることにより、キャリア濃度をある程度補償することができたが、ZT値としてはGa共ドープ試料の0.65には至らなかった。今後、ZnOへのドーパント種を適切に選択することにより、バルクナノへテロ構造を適切に作り分けることができると考えられ、キャリア濃度やナノへテロ構造の最適化により、n型酸化物熱電変換材料として一層の性能向上が可能と考えられる。

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

    (13件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (2件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 8件、 招待講演 4件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Synthesis and thermoelectric properties of nanoporous oxide composites containing metal nanoparticles2016

    • 著者名/発表者名
      Shinji Hirata, Michitaka Ohtaki
    • 雑誌名

      Proceedings of the 18th Cross Straits Symposium on Energy and Environmental Sciences and Technology

      巻: 18 ページ: 35-36

  • [雑誌論文] Synthesis and thermoelectric properties of layered oxyselenides and oxyphosphides2016

    • 著者名/発表者名
      Takuya Kagawa, Michitaka Ohtaki
    • 雑誌名

      Proceedings of the 18th Cross Straits Symposium on Energy and Environmental Sciences and Technology

      巻: 18 ページ: 269-270

  • [学会発表] Nanostructure and Phonon Engineering in Oxide Thermoelectric Materials2017

    • 著者名/発表者名
      Michitaka Ohtaki
    • 学会等名
      TMS 2017 146th Annual Meeting and Exhibition
    • 発表場所
      San Diego, USA
    • 年月日
      2017-02-26 – 2017-03-02
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Thermoelectric Properties of ZnO with Au Nanoparticles Dispersed therein2017

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Watanabe, Kazuki Mine, Koichiro Suekuni, Michitaka Ohtaki
    • 学会等名
      The 18th International Symposium on Eco-materials Processing and Design
    • 発表場所
      Okinawa, Japan
    • 年月日
      2017-02-17 – 2017-02-19
    • 国際学会
  • [学会発表] Synthesis and thermoelectric properties of nanoporous oxide composites containing metal nanoparticles2016

    • 著者名/発表者名
      Shinji Hirata, Michitaka Ohtaki
    • 学会等名
      The 18th Cross Straits Symposium on Energy and Environmental Sciences and Technology
    • 発表場所
      Shanghai, China
    • 年月日
      2016-12-04 – 2016-12-06
    • 国際学会
  • [学会発表] Synthesis and thermoelectric properties of layered oxyselenides and oxyphosphides2016

    • 著者名/発表者名
      Takuya Kagawa, Michitaka Ohtaki
    • 学会等名
      The 18th Cross Straits Symposium on Energy and Environmental Sciences and Technology
    • 発表場所
      Shanghai, China
    • 年月日
      2016-12-04 – 2016-12-06
    • 国際学会
  • [学会発表] Thermal Conductivity Reduction in Oxides for Thermoelectric Energy Conversion2016

    • 著者名/発表者名
      Michitaka Ohtaki
    • 学会等名
      The 33rd International Korea-Japan Seminar on Ceramics
    • 発表場所
      Daejeon, Korea
    • 年月日
      2016-11-16 – 2016-11-19
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Oxide Thermoelectric Materials for Waste Heat Energy Recuperation2016

    • 著者名/発表者名
      Michitaka Ohtaki
    • 学会等名
      Global Congress & Expo on Materials Science & Nanoscience
    • 発表場所
      Dubai, UAE
    • 年月日
      2016-10-24 – 2016-10-26
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Oxide Materials for Thermoelectric Energy Conversion2016

    • 著者名/発表者名
      Michitaka Ohtaki, Kohei Mizuta, and Toshifumi Ogawa
    • 学会等名
      Functional Energy Materials Conference 2016
    • 発表場所
      Cavtat, Croatia
    • 年月日
      2016-09-28 – 2016-10-01
    • 国際学会
  • [学会発表] 酸化物セラミックスの相転移現象に伴う熱伝導率変化2016

    • 著者名/発表者名
      渡部啓, 大瀧倫卓, 戸村信雄, 北岡賢治, 篠崎泰夫
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第29回秋季シンポジウム
    • 発表場所
      広島大学
    • 年月日
      2016-09-07 – 2016-09-09
  • [学会発表] ZnO焼結体への金属ナノ粒子分散プロセスと熱電特性2016

    • 著者名/発表者名
      渡邊厚介, 小川敏史, 大瀧倫卓
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第29回秋季シンポジウム
    • 発表場所
      広島大学
    • 年月日
      2016-09-07 – 2016-09-09
  • [学会発表] ZnO-based Oxide Thermoelectric Materials with Microstructure Control for Selective Phonon Scattering2016

    • 著者名/発表者名
      Michitaka Ohtaki
    • 学会等名
      Materials Challenges in Alternative & Renewable Energy Conference
    • 発表場所
      Clearwater, FL, USA
    • 年月日
      2016-04-17 – 2016-04-21
    • 国際学会 / 招待講演
  • [産業財産権] 三酸化二チタン質セラミックスバルク体およびその製造方法2016

    • 発明者名
      戸村信雄, 篠崎泰夫, 大瀧倫卓, 渡部 啓
    • 権利者名
      戸村信雄, 篠崎泰夫, 大瀧倫卓, 渡部 啓
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2016-165798
    • 出願年月日
      2016-08-26

URL: 

公開日: 2018-01-16  

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