Pseudogap Engineering of Ru-based Thermoelectric Heusler Compounds

钌基热电霍斯勒化合物的赝能隙工程

• 批准号: 20K05060
• 负责人: 西野 洋一
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Nagoya Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 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-20K05060/
• 关键词: ホイスラー合金; 熱電変換材料; 擬ギャップ; ゼーベック効果; 電子構造; 元素置換; 非化学量論組成; 熱伝導率; 熱電変換; 電子構造制御; Ru基化合物

擬ギャップ系ホイスラー化合物について、元素置換や非化学量論効果を利用して擬ギャップ内のフェルミ準位を最適化することで熱電性能の向上を図った結果、以下の成果が得られた。1. Ru2VAlは典型的な擬ギャップ系であり、第一原理計算によると、n型の出力因子はFe2VAlに比べて小さいが、p型の出力因子は同程度である。また、赤外分光測定による反射率は0.03 eVと0.2 eVで急激に変化しており、擬ギャップのエネルギー幅はFe2VAlよりも広いことが示唆され、バンド計算と一致する。そのため、Fe2VAlと比較してより高温で高い熱電性能が期待できる。2. Hf置換したRu2Ti1-xHfxSi合金では、x=0.12以下の組成範囲でL21単相となり、格子定数はHf組成とともにほぼ直線的に増加する。HfはTiと同族元素のため、Hf置換してもRu2TiSiと同じくp型であり、ゼーベック係数や電気抵抗率もRu2TiSiとほぼ同程度である。また、熱伝導率はHf置換とともに減少しており、x=0.12の焼結合金では300 Kで10 W/mKを示し、Ru2TiSiの半分程度となる。その結果、無次元性能指数は1000 KでZT=0.54に達しており、Ru2TiSiよりも約30%向上した。3. Ta置換したFe2V1-xTaxAl合金において、X線回折(XRD)による格子定数から求めた平均原子間距離はTa置換量とともに増加するのに対して、X線吸収微細構造(XAFS)解析によるTa-Fe原子間距離はTa置換量によらず変化しない。この結果は、Ta置換によって生じた局所的な格子歪はTa置換量の増加とともに徐々に緩和することを示唆する。少ない置換量では大きな局所歪によって熱伝導率は大幅に低減するが、置換量の増加とともに格子歪が緩和すると同時に、質量差の効果により徐々に格子熱伝導率が低減している。

Department of quasi ギ ャ ッ プ ホ イ ス ラ ー compound に つ い て, element substitution や non chemical theory unseen fruit を し て quasi ギ ャ ッ プ within の フ ェ ル ミ quasi an optimal を す る こ と で thermoelectric performance の upward を 図 っ た results, the following の results が ら れ た. 1. Ru2VAl は typical な quasi ギ ャ ッ プ department で あ り, first principles calculation に よ る と, n-type の output factor は Fe2VAl に than べ て small さ い が, degree of p-type の output factor は with で あ る. ま た, red spectral photometry に よ る reflectivity は 0.03 eV と 0.2 eV で nasty shock に variations change し て お り, quasi ギ ャ ッ プ の エ ネ ル ギ ー picture は Fe2VAl よ り も hiroo い こ と が in stopping さ れ, バ ン ド computing と consistent す る. Youdaoplaceholder0 そ ため, Fe2VAlと, comparison of <s:1> てよ <s:1> high-temperature で high <s:1> thermoelectric performance が expectation で る る る 2. Hf replacement し た Ru2Ti1 - xHfxSi alloy で は, x = 0.12, the following の van 囲 で L21 phase 単 と な り, lattice constant は of Hf と と も に ほ ぼ linear に raised plus す る. Hf は Ti と kin element の た め, Hf replacement し て も Ru2TiSi と with じ く p-type で あ り, ゼ ー ベ ッ ク coefficient や electric 気 resistance も Ru2TiSi と ほ ぼ with degree で あ る. ま た, hot 伝 conductivity は Hf replacement と と も に reduce し て お り, x = 0.12 の 焼 combined with gold で は 300 K で 10 W/mK を し, Ru2TiSi の half degree と な る. そ の results, non dimensional performance index は 1000 K で ZT = 0.54 に da し て お り, Ru2TiSi よ り も about 30% up し た. 3. Ta replacement し た Fe2V1 - xTaxAl alloy に お い て, X-ray inflexion (XRD) に よ る lattice constant か ら o め た は Ta displacement volume average interatomic distance と と も に raised plus す る の に し seaborne て, X-ray 収 absorption fine structure (XAFS) parsing に よ る Ta - the distance between the Fe atom は Ta displacement quantity に よ ら ず variations change し な い. こ の results は, Ta replacement に よ っ て raw じ た bureau of crooked は Ta な grid displacement in の raised add と と も に xu 々 に ease す る こ と を in stopping す る. Less な い displacement quantity で は big き な bureau slanting に よ っ て hot 伝 low conductivity は に substantially reduced す る が and replacement quantity の raised と と も に grid slanting が ease す る と に at the same time, the poor quality of の unseen fruit に よ り xu 々 に lattice thermal 伝 low conductivity が reduction し て い る.

项目成果

Bi2Te3のフラッシュ焼結における抑制された加熱効果の影響

抑制加热效应对Bi2Te3闪速烧结的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: T. Yamamoto; M. G. Brik;M. Sagayama;Y. Togashi;M. Subhoni;U. Zafari;西谷滋人;三上祐史，宮崎秀俊，西野洋一
• 通讯作者: 三上祐史，宮崎秀俊，西野洋一

X線吸収微細構造法によるハーフホイスラー型NiZrSn熱電変換材料の局所結晶構造評価

X射线吸收精细结构法评价Half-Heusler型NiZrSn热电转换材料的局部晶体结构

• 发表时间: 2021
• 作者: 宮崎秀俊;Osman Murat Ozken dir;Selen Gunaydin;渡邊厚介;曽田一雄;西野洋一
• 通讯作者: 西野洋一

Electronic structure of thermoelectric Heusler-type Co2MnSi1-xAlx compounds

热电 Heusler 型 Co2MnSi1-xAlx 化合物的电子结构

• 发表时间: 2022
• 作者: H. Miyazaki;Y. Sekita;K. Watanabe;A. Yasui;Y. Takagi;Y. Sakuraba;Y. Nishino
• 通讯作者: Y. Nishino

X線吸収微細構造法を用いたハーフホイスラー型 NiZrSn熱電変換材料の局所構造解析

X射线吸收精细结构法分析Half-Heusler型NiZrSn热电转换材料的局部结构

• 发表时间: 2021
• 作者: 楠城一嘉;有吉慶介;高橋成実;矢田修一郎;山本揚二朗;堀高峰;宮崎秀俊，O. M. Ozkendir，S. Gunaydin，渡邊厚介，曽田一雄，西野洋一
• 通讯作者: 宮崎秀俊，O. M. Ozkendir，S. Gunaydin，渡邊厚介，曽田一雄，西野洋一

ホイスラー型Fe2V1+xAl1-x系合金のp型熱電特性に及ぼすTi-Re共置換効果

Ti-Re共取代对Heusler型Fe2V1+xAl1-x合金p型热电性能的影响

• 发表时间: 2020
• 作者: 増田翔太;加良勇輔;中本有紀;清水克哉;境毅;中野智志;河口沙織;平尾直久;大石泰生;淺井萌苗実，宮崎秀俊，渡邊厚介，西野洋一
• 通讯作者: 淺井萌苗実，宮崎秀俊，渡邊厚介，西野洋一