Establishment of HHP sintering technology for enabling densification of heat-unstable cobalt compounds and applications to thermoelectric materials

熱電材料は温度差を起電力に変換できるため、高性能な材料の開発が実現できればクリーンな新エネルギー源として太陽電池を凌ぐ出力密度のポテンシャルを有する。我々は最近、セラミック系熱電材料では最高レベルの性能を持つCo層状化合物であるNaxCoO2(x=0.80)粉末(以後NCOと略す)を出発物質とし、酸化還元(Redox)法により種々の層間距離を有する化合物粉末の合成に成功した。そして、層間距離の広い化合物粉末をプレスして作製した成形体の熱電特性が出発物質をはるかに超える値であることを見出した。もし、上記粉末を緻密化できれば高性能熱電材料として有望である。しかしながら、これらの化合物は熱安定性に難がある。すなわち、通常の電気炉で緻密に焼結しようとすると900 ℃以上の高温が必要となり層状構造が崩壊してしまう。そこで種々の方法を模索した結果、粉末に水溶液を少量添加して加圧・300 ℃未満で加温するHHP(水熱ホットプレス)法に効果のあることを見出した。従って、本研究の目的を「HHP焼結を用いた熱安定性のないCo層状化合物粉末の緻密化手法の確立と高性能熱電材料の創成」とした。今年度は上記Co層状化合物粉末を用い、HHP焼結の条件(圧力・保持時間)を簡易検討した。その結果、圧力の影響をより大きく受ける、つまり、高圧力であるほど緻密化は進むことが示唆された。ただし、プレスの際の装置の耐圧には制限がある。来年度は、高圧力の印加が可能な装置を用いた本格的な検討を行う予定である。

熱電材料は温度差を起電力に変換できるため、高性能な材料の開発が実現できればクリーンな新エネルギー源として太陽電池を凌ぐ出力密度のポテンシャルを有する。我々は最近、セラミック系熱電材料では最高レベルの性能を持つCo層状化合物であるNaxCoO2(x=0.80)粉末(以後NCOと略す)を出発物質とし、酸化還元(Redox)法により種々の層間距離を有する化合物粉末の合成に成功した。そして、層間距離の広い化合物粉末をプレスして作製した成形体の熱電特性が出発物質をはるかに超える値であることを見出した。もし、上記粉末を緻密化できれば高性能熱電材料として有望である。しかしながら、これらの化合物は熱安定性に難がある。すなわち、通常の電気炉で緻密に焼結しようとすると900 ℃以上の高温が必要となり層状構造が崩壊してしまう。そこで種々の方法を模索した結果、粉末に水溶液を少量添加して加圧・300 ℃未満で加温するHHP(水熱ホットプレス)法に効果のあることを見出した。従って、本研究の目的を「HHP焼結を用いた熱安定性のないCo層状化合物粉末の緻密化手法の確立と高性能熱電材料の創成」とした。今年度は上記Co層状化合物粉末を用い、HHP焼結の条件(圧力・保持時間)を簡易検討した。その結果、圧力の影響をより大きく受ける、つまり、高圧力であるほど緻密化は進むことが示唆された。ただし、プレスの際の装置の耐圧には制限がある。来年度は、高圧力の印加が可能な装置を用いた本格的な検討を行う予定である。