2019 Fiscal Year Annual Research Report
金属粒界相制御によるZT=2を超える高性能コンポジット熱電変換材料の開発への挑戦
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17H03398
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
林 慶 東北大学, 工学研究科, 准教授 (70360625)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮崎 讓 東北大学, 工学研究科, 教授 (40261606)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 熱電変換 / コンポジット / 金属相 / Mg2Si |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は、Mg2Siを母相とするn型のコンポジット試料の熱電性能を調査するとともに、p型のコンポジット試料の作製を試みた。
n型のコンポジット試料では、一般化有効媒質理論を用いて、金属相をAl, Bi, Co, Hg, K, Mg, Na, Ni, Pd, Pt, Rbとしたときの熱電性能を計算した。300 Kにおいて、出力因子が向上した元素はAl, Bi, Co, K, Mg, Ni, Pdであった。一方、300 Kにおいて無次元性能指数zTが向上した元素はBi, Co, K, Niであった。
Ni/Mg2Siコンポジット試料の界面における微細構造と電気輸送特性を調べるために、Ni/Mg2Si二層積層試料を焼結温度を変えて作製した。透過電子顕微鏡観察から、NiとMg2Siの界面は急峻ではなく、NiがMg2Si側に拡散しており、Niから数10～数100μmまでの領域にNi-Mg-Si化合物が存在していることがわかった。Ni-Mg-Si化合物が存在している領域の幅は、焼結温度が高いほど広くなった。また、界面における電気輸送特性を調べたところ、NiとNi-Mg-Si化合物が存在している領域の間の界面に抵抗のとびが見られた。さらに、Ni-Mg-Si化合物が存在している領域を超えると、抵抗が急激に増加した。
以上のことから、Ni/Mg2Siコンポジットで高い出力因子とzTを得るためには、Niの存材料を30%よりも多くすることが必要であると結論される。
Znを金属相としてコンポジット試料を作製したところ、ゼーベック係数が正になった。このことからp型のコンポジット試料の作製に成功し、Al/Mg2Siに匹敵する出力因子数mW/mK2を達成した。
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Presentation] Thermoelectric properties and local structure of B doped Mg2Si single crystal2019
Author(s)
K. Hayashi, W. Saito, Y. Miyazaki, K. Sugimoto, S. Uechi, Y. Kanazawa, Y. Fukumoto, T. Yamamoto, K. Ohyama, K. Hayashi, N. Happo, M. Harada, K. Oikawa, Y. Inamura
Organizer
38th International and 4th Asian Conference on Thermoelectrics (ICT & ACT 2019)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Cross-sectional characterization of Mg2Si-Ni interface compacted by SPS method at 800°C2019
Author(s)
T. Ishii, H. Sugawara, M. Tokuda, H. Sato, T. Hanajiri, H. Shimoshige, S. Kurosu, K. Hayashi, I. Ando, W. Saito, and Y. Miyazaki
Organizer
5th Asia-Pacific conference on semiconducting silicides and related materials (APAC-SILICIDE 2019)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Thermoelectric Properties and Local Structure of Boron-Doped Mg2Si and Mg2Sn2019
Author(s)
Kei Hayashi, Wataru Saito, Yuzuru Miyazaki, Kazuya Sugimoto, Syouichi Uechi, Yuki Kanazawa, Yohei Fukumoto, Takayoshi Yamamoto, Kenji Ohoyama, Kouichi Hayashi, Naohisa Happo, Masahide Harada, Kenichi Oikawa, Yasuhiro Inamura
Organizer
14th International Conference on the Structure of Non-Crystalline Materials (NCM14)
Int'l Joint Research
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