点欠陥制御によるMg2Sn熱電材料の高性能化~室温近傍でzT>1への挑戦~
通过点缺陷控制提高Mg2Sn热电材料的性能~挑战室温附近zT>1~
基本信息
- 批准号:20J10512
- 负责人:
- 金额:$ 1.09万
- 依托单位:
- 依托单位国家:日本
- 项目类别:Grant-in-Aid for JSPS Fellows
- 财政年份:2020
- 资助国家:日本
- 起止时间:2020-04-24 至 2022-03-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
熱電材料の性能は,無次元性能指数 zT (= S2σT/κ)と出力因子 PF (= S2σ) で表される.ここで,S, σ, T, および κはそれぞれ,ゼーベック係数,電気伝導率,絶対温度,および熱伝導率である.本研究の目的は,Mg2Sn単結晶へのMg空孔欠陥の導入によるκの低減と,キャリア密度の最適化による PF の向上によって,zTが1を超えるMg2Sn熱電単結晶を創製することである.先ず,Mg2Sn単結晶作製時のAr雰囲気を陽圧下にすることで,Mg2Sn単結晶にMg空孔欠陥を導入した.熱電性能に関して,κはMg空孔欠陥量の増加にともない減少した.Mg空孔欠陥量が最も多いMg2Sn 単結晶のκ は,これまでに報告された無置換Mg2Sn 単結晶 と無置換 Mg2Sn 多結晶のκ よりも低かった.続いて元素部分置換でキャリア密度を最適化することで,PFの向上を試みた.Sb, Bi, およびBを部分置換元素として選び,それらの元素を部分置換した単結晶を作製した.それらの単結晶のキャリア密度を測定した結果,Sbで部分置換したMg2Sn単結晶において,PFが最も高くなることがわかった.このPFの値は,これまでに報告されたn型Mg2Sn系熱電材料の中で最も高い値であった.また,単結晶構造解析の結果,Sbで部分置換したMg2Sn単結晶にもMg空孔欠陥が存在していることがわかった.Mg空孔欠陥が存在していたことで,Sb部分置換Mg2Sn単結晶の κ は,これまでに報告されたSb部分置換Mg2Sn多結晶のそれよりも低かった.結果として,Sb部分置換Mg2Sn単結晶で,無置換Mg2Sn単結晶とSb部分置換Mg2Sn多結晶よりも高い zT = 0.72を得た.これらの研究成果は,英語論文,国内外の学会,およびプレスリリースで報告した.
No dimensional thermoelectric materials の は performance and performance index of zT (= S2 sigma T/kappa) predominate と output factor PF (= S2 sigma) で table さ れ る. こ こ で, S, sigma, T, お よ び kappa は predominate そ れ ぞ れ, ゼ ー ベ ッ ク coefficient, electric 気 伝 conductivity, no temperature, seaborne お よ び 伝 heat conductivity で あ る. Crystallization は の purpose, this study Mg2Sn 単 へ の Mg empty hole owe 陥 の import に よ る decrease kappa の low predominate と, キ ャ リ ア density の optimization に よ る PF の upward に よ っ て, zT が 1 を super え る Mg2Sn thermoelectric 単 crystallization を created す る こ と で あ る. ず first, Mg2Sn 単 crystallization make system の Ar 雰 囲 気 を under Yang 圧 に す る こ と で, Mg2Sn 単 crystallization に Mg empty hole owe 陥 を import し た. The thermoelectric performance is related to に て, κ に Mg. The amount of 陥 in the empty hole is <s:1> increased にと な な and decreased た た. Mg empty hole more than amount owed 陥 が most も い Mg2Sn 単 crystallization の kappa は predominate, こ れ ま で に report さ れ た without replacement Mg2Sn 単 と without replacement Mg2Sn more crystallization の kappa よ predominate り も low か っ た. Youdaoplaceholder0 て て partial permutation of elements でキャリア density を optimization する とで とで とで, PF <s:1> upward を みた みた. Sb, Bi, お よ び を part B replacement elements と し て び, そ れ ら の element を part replacement し た 単 crystallization を cropping し た. そ れ ら の 単 crystallization の キ ャ リ ア density measurement し を た results, Sb で part replacement し た Mg2Sn 単 crystallization に お い て, PF が most high も く な る こ と が わ か っ た. The <s:1> <s:1> <s:1> PF <s:1> value された and <s:1> れまでに report the で highest <s:1> value であった among the された n-type Mg2Sn thermoelectric materials <e:1>. ま た, analytical の 単 crystal structure as a result, Sb で part replacement し た Mg2Sn 単 crystallization に も Mg empty hole owe 陥 が exist し て い る こ と が わ か っ た. Mg empty hole owe 陥 が exist し て い た こ と で, Sb part replacement Mg2Sn 単 crystallization の kappa は predominate, こ れ ま で に report さ れ た Sb part replacement Mg2Sn more crystalline の そ れ よ り も low か っ た. Results と し て, Sb part replacement Mg2Sn 単 crystallization で, no replacement Mg2Sn 単 と Sb partly replacement Mg2Sn crystallization よ り も high い zT = 0.72 を た. Youdaoplaceholder0 れら research results, English papers, domestic and foreign <s:1> societies, およびプレスリリ スで スで report た た.
项目成果
期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Mg 空孔欠陥の導入とSb 置換によるMg2Sn 単結晶の熱電性能向上
引入Mg空位缺陷并替代Sb改善Mg2Sn单晶的热电性能
- DOI:
- 发表时间:2020
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:齋藤亘;林慶;黄志成;宮﨑讓
- 通讯作者:宮﨑讓
Enhancing thermoelectric properties of Mg2Sn1-xSbx single crystals via introducing Mg vacancies
通过引入Mg空位增强Mg2Sn1-xSbx单晶的热电性能
- DOI:
- 发表时间:2020
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:W. Saito;K. Hayashi;Z. Huang;J. Dong;J-F. Li;and Y. Miyazaki
- 通讯作者:and Y. Miyazaki
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