ホウ素系化合物における新しい熱電材料の開発-強磁性熱電材料の可能性-

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14702048
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: 武田 雅敏 長岡技術科学大学, 工学部, 講師 (30293252)
• Keywords: 金属六ホウ化物 / 熱電特性 / ゼーベック係数 / 電気伝導率 / 出力因子 / 無次元性能指数 / キャリア濃度 / 放電プラズマ焼結

Research Abstract

これまでにCaB_6相が高い熱電特性を有することを報告したが,今年度は同じアルカリ土類金属であるSr, Baについて六ホウ化物の作製および熱電特性の評価を行った.SrB_6,BaB_6についてもCaB_6と同様に金属酸化物の還元反応を利用して粉末試料を作製した後,放電プラズマ焼結機にてバルク状試料を得た.ゼーベック係数は測定した室温から800℃の範囲で負の値であり,この材料がn型であることを示している.ゼーベック係数の絶対値は約50〜150μV/Kであり,CaB_6に比べると小さいが,電気伝導率は逆にCaB_6より1桁以上大きい値であった.ゼーベック係数,電気伝導率から算出される出力因子は,BaB_6でCaB_6と同程度,SrB_6はそれらの2倍程度高い値で,700℃において最大値約3×10^<-3>W/mK^2を示した.これらの出力因子は現在実用化されている熱電材料と同程度である.また,SrB_6の無次元性能指数は800℃において約0.3であり,これまでに知られているn型のホウ素系材料では最高の値であることがわかった.
これら金属六ホウ化物の更なる熱電特性向上のための基礎として,ホール効果測定よりキャリア濃度を見積り,熱電特性との関係を調べた.室温におけるキャリア濃度はCaB_6,SrB_6,BaB_6の順に大きくなり,それに伴って電気伝導率は増加しゼーベック係数の絶対値は減少した.キャリアの移動度は各試料でほぼ同じであり,この金属六ホウ化物の熱電特性がキャリア濃度に依存していることがわかった.さらに,金属元素の一部を他の金属で置換し,キャリア濃度を変えることにより熱電特性を制御できることが明らかになった.これにより,最適キャリア濃度の実現と,熱伝導率の低減の指針を得ることが出来た.

Research Products

• [Publications] M.Takeda, T.Fukuda, F.Domingo, T.Miura: "Thermoelectric properties of some metal borides"Journal of Solid State Chemistry. (受理済み).
• [Publications] M.Takeda, T.Fukuda, T.Miura: "Thermoelectric Properties of Metal-Hexaborides"Proceedings of 21st International Conference of Thermoelectrics. (印刷中).