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2017 年度 実績報告書

格子間活性サイトエンジニアリングの開拓と熱電発電材料・デバイス開発への応用展開

公募研究

研究領域3D活性サイト科学
研究課題/領域番号 17H05207
研究機関東北大学

研究代表者

宮崎 讓  東北大学, 工学研究科, 教授 (40261606)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
キーワード格子欠陥 / 熱電変換 / 局所構造
研究実績の概要

蛍光X線/光電子ホログラフィー測定に十分な大きさ(φ5 mm以上)のMg2SiおよびMg2Snの単結晶を育成した。育成方法は以下の通りである。MgとSiあるいはSnを化学両論組成で秤量し、固相反応法を用いてMg2SiあるいはMg2Snの粉末を合成した。その粉末をAr陽圧下でタンマン管に詰め、溶融合成を行った。溶融時の昇温速度や、保持温度および保持時間を変化させて、最も良質で諸測定に堪えうる大きさの単結晶を得ることに成功した。
蛍光X線/光電子ホログラフィー測定では試料表面が清浄であることが求められるため、Mg2SiとMg2Sn単結晶を大気中で劈開して準備した(111)面の清浄性をXPSで調査した。劈開直後の表面はカーボンで汚染されているが、それらの表面をXPSチャンバー内でイオンエッチング(それぞれ45 sと225 s)するとカーボンはほとんどなくなり、清浄表面が得られることを確認した。
次に、Mg 2pのXPSスペクトルを測定した。イオンエッチング前にはMg2SiとMg2SnともにMg 2pはシングルピークに見えるのに対し、エッチング後はMg2Siで明確に2つのピークが重畳している様子が確認された。Mg2SiにはMgIが存在すること、一方でMg2SnにはMgIが存在しないことから、Mg2Siで見られる2つのピークはMgIとMgRに対応していると考えられる。ピーク間のエネルギー差が約1 eVあることから、MgIに対応するMg 2pピークの角度分布パターンを測定することで、MgI周辺の局所原子構造を解明できると考えられる。

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

上述の様に、平成29年度の研究を通じて、蛍光X線/光電子ホログラフィー測定に供することができるMg2SiおよびMg2Snの単結晶を育成することができた。また、これらの単結晶を用いて、MgI周辺の局所原子構造を調査できることを明らかにした。

今後の研究の推進方策

平成30年度は、この成果を基盤に蛍光X線/光電子ホログラフィー測定を実施するとともに、格子間活性サイトを精密制御して熱電性能を向上するという「格子間活性サイトエンジニアリング」を開拓し、格子間サイトに原子が存在する熱電発電材料の開発研究の発展に貢献したいと考えている。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] マグネシウムケイ化物の結晶構造と熱電性能2017

    • 著者名/発表者名
      林 慶、窪内将隆
    • 雑誌名

      まてりあ

      巻: 56 ページ: 546-555

    • 査読あり
  • [学会発表] Mg2Snの伝導型に対する格子欠陥の効果2018

    • 著者名/発表者名
      齋藤 亘、林 慶、永井宏樹、宮﨑 讓
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] Mg2Si/M (M=Mg, Al, Ni)界面の表面電位測定2017

    • 著者名/発表者名
      安藤 郁美、林 慶、齋藤 亘、林原 佑太、宮﨑 讓
    • 学会等名
      応用物理学会東北支部 第72回学術講演会
  • [学会発表] Lattice defects in Mg2Sn studied by band structure calculation and single-crystal X-ray diffraction2017

    • 著者名/発表者名
      W. Saito, K. Hayashi, M. Kubouchi and Y. Miyazaki
    • 学会等名
      The 36th International Conference on Thermoelectrics ICT2017
    • 国際学会

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公開日: 2018-12-17  

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