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2019 Fiscal Year Annual Research Report

Elucidation of a mechanism for a novel thermoelectric property in powder metallurgical processes

Research Project

Project/Area Number 17K06863
Research InstitutionThe University of Tokushima

Principal Investigator

長谷崎 和洋  徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 教授 (30403439)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Keywords熱電材料 / メカニカルアロイング / ホットプレス / 粉末冶金
Outline of Annual Research Achievements

熱電半導体の合成には、原材料を溶解し凝固させる溶解法と原料を粉砕合金化し結晶粒を微細化するメカニカルアロイング(MA)法がある。MA法は、結晶粒微細化により熱伝導率が低減することが一般に知られている。最大の熱電性能ZTを得るためには熱伝導率を低減させる必要があり、熱伝導率の最小値が、溶解法とMA法では同じ組成にはならない新奇の熱電特性を示した。この原因を本研究で明らかにすることで、熱電半導体共通のメカニズムを導き出し、他の熱電材料の性能向上に結び付ける。
最終年度では、前々年度のMA合成条件、前年度の粒子分散効果の結果を踏まえて、熱電半導体と反応し熱電性能が低下する原因となったステンレス製粉砕容器ではなく、部分安定化ジルコニアセラミックス製粉砕容器と粉砕ボールを用いて、熱電半導体材料の熱電性能低下を起こす不純物の混入の抑制を試み、最終的に熱電性能の向上を目指した。
具体的にはBi0.3Sb1.7Te3.0組成に関して、粉砕速度依存性を調査した。150rpm以上の粉砕回転速度では、単相で微細結晶粒のBi0.3Sb1.7Te3.0が得られた。これまで用いていたステンレス製の容器とSi3N4粉砕ボールで得られた焼結体と比べ、ゼーベック係数は高く、電気伝導率は低くなった。これは、Bi0.3Sb1.7Te3.0中でキャリアドーパントして働く物質を抑制したものと考えられる。加えて、フォノン熱伝導率にも悪影響を及ぼしていなかった。
部分安定化ジルコニアによる粉砕焼結体は、熱電性能ZTが1.0を超え、130rpmで粉砕し、350℃焼結したサンプルは、最大熱電性能1.16が得られた。つまり熱電特性は、偏析した元素がキャリア添加元素として働くことを防ぐことにより、性能向上することが明らかになった。

  • Research Products

    (10 results)

All 2020 2019 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Synthesis and thermoelectric properties of bismuth antimony telluride thermoelectric materials fabricated at various ball-milling speeds with yttria-stabilized zirconia ceramic vessel and balls2020

    • Author(s)
      Bumrungpon Mongkol、Hirota Kenji、Takagi Katsuhiro、Hanasaku Kenichi、Hirai Toshiharu、Morioka Issei、Yasufuku Ryusuke、Kitamura Masato、Hasezaki Kazuhiro
    • Journal Title

      Ceramics International

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1016/j.ceramint.2020.02.180

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Influence of Starting Materials on Thermoelectric Properties of Undoped Lead Telluride by Hot Pressing2020

    • Author(s)
      Mongkol Bumrungpon、Ryusuke Yasufuku、Issei Morioka、Toshiharu Hirai, Kenichi Hanasaku、Kazuhiro Hasezaki
    • Organizer
      14th International Conference on Ecomatrials (ICEM14)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Comparison of Thermoelctric Properties for p-type Bi0.3Sb1.7Te3.0 by Metal and Ceramics Vessel2020

    • Author(s)
      Kazuhiro Hasezaki、Issei Morioka、Kenichi Hanasaku、Mongkol Bumrungpon、Toshiharu Hirai、Ryusuke Yasufuku
    • Organizer
      14th International Conference on Ecomaterials (ICEM14)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 環境発電を利用した防災・減災センサーの実現可能性に関する検討2019

    • Author(s)
      桑折 仁、奈良 松範、長谷崎 和洋、磯田 幸宏、高井 淳治、多田 智紀、水戸 洋彦
    • Organizer
      第29回傾斜機能材料シンポジウム
  • [Presentation] メカニカルアロイング-ホットプレス(MA-HP)法によるBi2Te3-Bi2Se3熱電材料の組成依存性2019

    • Author(s)
      安福 隆亮、花咲 憲一、Mongkol Bumrungpon、平井 利治、森岡 壱誠、長谷崎 和洋
    • Organizer
      第29回傾斜機能材料シンポジウム
  • [Presentation] 粉末冶金法における熱電材料ZnSbの粉砕速度依存性2019

    • Author(s)
      平井 利治、Mongkol Bumrungpon、花咲 憲一、安福 隆亮、森岡 壱誠、長谷崎 和洋
    • Organizer
      第29回傾斜機能材料シンポジウム
  • [Presentation] 排熱回収機能を有する熱電半導体およびその応用システムに関する研究2019

    • Author(s)
      長谷崎 和洋
    • Organizer
      地域産業技術セミナー-関西広域連合公設試研究成果発表会-
    • Invited
  • [Presentation] fluence of Milling Media on Thermoelectric Properties of Bi0.3Sb1.7Te3.02019

    • Author(s)
      Morioka Issei、Kazuhiro Hasezaki、Hanasaku Kenichi、Bumrungpon Mongkol、Hirai Toshiharu、Yasufuku Ryusuke
    • Organizer
      17th European Conference on Thermoelectrics (ECT2019)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Inflection Point for Phonon Thermal Conductivity in Submicron Scale Grained Undoped PbTe by Mechanical Grinding-Hot Pressing2019

    • Author(s)
      Bumrungpon Monkol、Morioka Issei、Hirai Toshiharu、Yasufuku Ryusuke、Hanasaku Kenichi、Kazuhiro Hasezaki
    • Organizer
      17th European Conference on Thermoelectrics (ECT2019)
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 徳島大学/教育研究者総覧

    • URL

      http://pub2.db.tokushima-u.ac.jp/ERD/person/262598/work-ja.html

URL: 

Published: 2021-01-27  

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