| 研究課題/領域番号 |
26420731
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| 研究機関 | 岡山理科大学 |
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研究代表者 |
森 嘉久 岡山理科大学, 理学部, 教授 (00258211)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | シリサイド半導体 / 熱電材料 / 高圧合成 / 環境半導体 |
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| 研究実績の概要 |
Mg2Si熱電材料の高圧合成研究をピストンシリンダー装置により実施してきた。またその高圧合成における合成条件は、放射光施設PF-ARのマルチプレス装置（MAX80）を用いた高圧下のX線構造回折実験で構造変化を詳細に調べて決定してきた。
焼結と粉砕を複数回することでより高品質な材料が合成されることが明らかとなったが、一方でピストンシリンダ装置による高圧合成をするためには、多くの時間と費用が費やされることにになり、実用化からは程遠い手法であることが課題となる。
そこで本研究プロジェクトが２年目に入り、より実用化に向けた取り組みとして、ホットプレスでの合成にも本格的に着手した。ホットプレスの達成圧力はピストンシリンダー装置と比較すると一桁低くなるため合成が非常に容易になる半面、これまで実施してきた高圧技術のメリットをどれだけ活かせるのかを検証することが重要である。まずは、印加圧力に依存する合成物の密度を精密に測定し、その密度と熱電性能測定結果を比較することで、その効果を検証した。
試料としてはホットプレスおよびピストンシリンダー装置で合成された試料とSPS装置により焼結されたされた試料を準備し、熱電性能測定の結果を比較した。
結果としては、合成圧力が高いほど密度も高くなり、それに応じてゼーベック係数の絶対値が小さくなることが明らかとなった。このことは、ｎ型の熱電材料として実用化する観点からは圧力合成により熱電性能が低下するのでデメリットとして作用していることになるが、この母体材料にドープして合成するp型の熱電材料を開発する観点ではむしろメリットとして考えることができる。最終年度は、その観点からp型熱電材料の実用化に向けた研究を推進していく計画である。
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| 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
これまでの研究で、高圧合成によるMg2Si熱電材料の基礎的データを取得することができた。さらに、ピストンシリンダー装置からホットプレスへの移行など、実用化に向けた取り組みも進みつつある。これまでの課題であった未反応物とその物質が酸化する課題などは、水素化マグネシウムなどの粉末試料を使うことである程度克服することもできた。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、ホットプレスでの到達圧力や到達温度が低いので、もう少し高圧力・高温度に達するHIP（熱間等方圧加圧加工）装置なども検討しながら高い熱電性能を有するMg2Si熱電材料の開発を進めたいと考えている。放射光実験としても、これまでピストンシリンダ装置を念頭に1GPaの圧力を中心にX線回折実験を実施してきたが、より低い圧力での高圧X線回折実験も実施して、構造の基礎データを収集することが必要である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
予算計画として3月末に岡山大学惑星物質研究所（三朝）にて合成実験を行うとともに、次年度の研究計画をディスカッションする予定で旅費として該当額を確保していたが、研究結果の解析状況を考慮するとともに年度末開始の学会日程等を調整をした結果、ディスカッションを4月以降に延期することとなり、その分の予算を次年度に使用することとなった。
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| 次年度使用額の使用計画 |
岡山大学惑星物質研究所との早急な研究打合せとしては4月にすでに実施した。その結果、6月以降に岡山大学惑星物質研究所（三朝）にて合成実験をすることとなり、該当の予算はその実験を実施する際の旅費として使用する計画である。
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