IoT用独立型電源のための環境調和型多元系熱電材料の無次元性能指数向上

提高物联网独立电源环保多元热电材料的无量纲性能指标

• 批准号: 20K15221
• 负责人: 永岡 章
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: University of Miyazaki
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K15221/
• 关键词: 熱電変換材料; バルク単結晶成長; 多元系化合物; 粒界; 異相; IoT; 単結晶

超スマート社会の実現に向けて、様々な環境下において各種センサー駆動のための環境調和型独立電源の技術が求められおり、環境中の「温度差」を活用する熱電発電は適している。申請者は、無次元性能指数ZT > 1を示すCu2ZnSnS4 (CZTS)単結晶の作製に成功している。さらなる熱電特性改善のためには熱伝導率を下げる必要がある。粒界や異相界面によってフォノン散乱を促進し、熱伝導率を下げる方法は積極的に利用されているが同時に電気的特性を下げるためトレードオフの関係となる。本研究では、ZT =1.1を達成している単結晶材料を母材として、独自性のある結晶成長技術から意図的に単結晶中に不規則構造や異相界面を形成し、評価する事で熱電と電気的特性に対して有効な機能性界面を探索する。これによって界面の情報を明らかにし、単結晶中の界面を最適化する事で性能特性向上へアプローチした。CZTS単結晶中の異方性と不規則構造を制御する事で、a軸方向において環境調和した硫化物熱電材料において世界最高値の無次元性能指数ZT=1.6を達成した。本年度は、さらなる熱電特性の改善のために、CZTS単結晶中に異相としてZnSやCu2Sを意図的に作製し、母体と異相の整合性を評価した。結果として熱伝導率10%程度の低減に成功した。一方でバンド不連続量をX線光電子分光法(XPS)から情報を収集し、界面の形状と界面におけるキャリア移動の度合いを判断した結果、電気特性は大きく低減した。そのため本計画で検討した異相は、機能性界面としては不適であると結論付けた。当初の予定より順調に進展しており、研究を加速させるため、機能性粒界に焦点を当てた新たな研究を実施する。

Super ス マ ー の ト society be am に to け て, others 々 な environment に お い て various セ ン サ ー 駆 dynamic の た め の の environment mixed type independent power supply め が o ら れ お り, environment の "temperature difference" を use す る thermoelectric 発 electric は optimum し て い る. The applicant を, with a dimensionless performance index ZT > 1を, indicates that the すCu2ZnSnS4 (CZTS)単 crystal has been successfully fabricated に, and <s:1> て る る る る る. To improve the さらなる thermoelectric characteristics, it is necessary to がある the <s:1> ために 伝 thermal 伝 conductivity を. LiJie や interphase interface に よ っ て フ ォ ノ ン scattered を promote し, heat 伝 conductivity を げ は positive に る method using さ れ て い る が に at the same time under the electrical characteristics of 気 を げ る た め ト レ ー ド オ フ の masato is と な る. This study で は, ZT = 1.1 を し て い る 単 crystalline materials を parent metal と し て, alone の あ る crystal growth technique か ら meaning 図 に 単 に irregular structure in the crystalline や interphase interface を し, review 価 す る matter で thermoelectric と electrical characteristics of 気 に し seaborne て have sharper な functional interface を explore す る. こ れ に よ っ て interface の intelligence を Ming ら か に し, 単 crystallization を の interface in optimization す る matter で performance up へ ア プ ロ ー チ し た. CZTS 単 の different part と irregular structure in crystal を suppression す で る, a axis に お い て environment to reconcile し た sulfide thermoelectric materials に お い て on the world's highest numerical の no dimensional performance index ZT = 1.6 を reached し た. This year は, さ ら な る thermoelectric properties の improve の た め に, CZTS 単 crystallization of に phase-out と し て ZnS や administered Cu2S を し the meaning 図 に cropping, maternal と phase-out を の conformity assessment 価 し た. The result is that the thermal 伝 conductivity is slightly reduced by 10% に successfully and た. Party で バ ン ド amount not even 続 を X-ray photoelectron spectrometry (XPS) か ら intelligence を 収 し, interface shape の と に お け る キ ャ リ ア の degrees or い を judgment し た results, large electric 気 characteristics は き く low cut し た. Youdaoplaceholder0 そ ため this project で検 discusses the た dissimilarity けた, functional interface と て て discomfort であると conclusion けた pay けた. Original の designated よ り suitable adjustable に progress し て お り, research を accelerate さ せ る た め, functional LiJie に focus を when て た new た な research を be applied す る.

项目成果

Thermoelectric Energy Conversion

热电能量转换

• 发表时间: 2021
• 作者: Yuxuan Liao;Harsh Chandra;Junichiro Shiomi
• 通讯作者: Junichiro Shiomi

n型(Cu1-xAgx)2ZnSnS4結晶の熱電特性評価

n型(Cu1-xAgx)2ZnSnS4晶体的热电性能评价

• 发表时间: 2021
• 作者: 岡本 晃一，永岡 章， 重枝 佑輔，吉野 賢二;西岡 賢祐
• 通讯作者: 西岡 賢祐

チムニーラダー型硫化物 Sr8Ti7S21の結晶成長と熱電特性

梯状硫化物Sr8Ti7S21的晶体生长及热电性能

• 发表时间: 2020
• 作者: Nishimoto Yoshio;Fedorov Dmitri G.;上水樽 昂樹，永岡 章， 西岡 賢祐，吉野 賢二
• 通讯作者: 上水樽 昂樹，永岡 章， 西岡 賢祐，吉野 賢二

宮崎大学 工学部 西岡研究室

宫崎大学工学部西冈研究室

Pseudo-cubic 構造を示すZnSnSb2 の結晶成長と熱電特性評価

准立方结构ZnSnSb2的晶体生长和热电性能评价

• 发表时间: 2020
• 作者: 重枝 佑輔，永岡 章，上水樽 昂樹;吉野 賢二;西岡 賢祐
• 通讯作者: 西岡 賢祐