硫化スピネル化合物をベースにした高性能な熱電変換物質の創製

基于硫化尖晶石化合物创建高性能热电转换材料

• 批准号: 19J12916
• 负责人: 橋國 克明
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J12916/
• 关键词: 熱電変換; 熱電物性; 硫化物; スピネル; 電子構造制御

前年度の研究で，硫化スピネル化合物Cu2Ti4S8のTiをScとCoで置換するとゼーベック係数の絶対値は増大し，その値はCo置換系で顕著に大きいことを見出した。本年度は，これまでの実験および追加実験の結果と，共同研究者による第一原理電子状態計算の結果を取りまとめ，Co置換でゼーベック係数の絶対値が大きくなる原因を調べた。まず，実験によりCu2(Co/Sc)yTi4－yS8 (1 ≦ y ≦ 2)のゼーベック係数の電子キャリア濃度依存性を調べた。その結果，ScとCoの置換により電子キャリア濃度が減少し，それと共にゼーベック係数の絶対値は増大するが，同等のキャリア濃度をもつ試料を比較すると，Co置換系の方で大きいことが分かった。また，電子の有効質量がSc置換系では3-4m0であるのに対して，Co置換系では8-9m0と重いことが明らかになった。縮退電子系ではゼーベック係数は有効質量に比例することから，有効質量が重いことがCo置換系における大きなゼーベック係数の原因であると考察した。次に，第一原理計算から得られたCu2(Co/Sc)Ti3S8の電子構造を調べた。その結果，Co置換系のフェルミ準位近傍の電子状態密度はSc置換系に比べて約2倍高いことが分かった。これは，電子の有効質量がCo置換系で重いという実験結果と符合する。さらに，この電子状態密度の増大はTiを部分置換したCoの3d軌道に由来することが分かった。この電子構造を用いて計算したゼーベック係数はCo置換系で大きく，そのキャリア濃度依存性は実験で得られた傾向と一致した。以上の結果から，硫化スピネルCu2Ti4S8ではTiをCoで置換すると，キャリア濃度が低下すると共にフェルミ準位近傍の電子状態密度が高められ，その結果ゼーベック係数が大きくなることが明らかになった。この知見は，スピネル化合物の熱電性能向上に資すると期待される。

In the study of the previous year, the vulcanization compound Cu2Ti4S8, Ti, Sc, Co, the number of compounds, the number of compounds, and the number of This year, the results of the first-principle computer state calculation are selected by the co-researchers. The results of the first-principle computer state calculation are selected, and the results of the Co are used to determine the number of reasons. Please contact Cu2 (Co/Sc) yTi4-yS8 (1

项目成果

硫化スピネルCu2FeTi3S8の結晶構造と熱電物性に対するCu欠損効果

缺铜对硫化尖晶石Cu2FeTi3S8晶体结构和热电性能的影响

• 发表时间: 2019
• 作者: Hashikuni Katsuaki;Suekuni Koichiro;Usui Hidetomo;Chetty Raju;Ohta Michihiro;Takabatake Toshiro;Ohtaki Michitaka;橋國克明，末國晃一郎，臼井秀知，Chetty Raju，太田道広，高畠敏郎，大瀧倫卓;橋國克明;橋國克明，末國晃一郎，Chetty Raju，太田道広，高畠敏郎，大瀧倫卓
• 通讯作者: 橋國克明，末國晃一郎，Chetty Raju，太田道広，高畠敏郎，大瀧倫卓

Rhombohedral CuTi2S4: a thiospinel-derived thermoelectric material

菱面体 CuTi2S4：硫尖晶石衍生的热电材料

• 发表时间: 2019
• 作者: Katsuaki Hashikuni;Koichiro Suekuni;Hidetomo Usui;Raju Chetty;Michihiro Ohta;Kazuhiko Kuroki;Toshiro Takabatake;Kosuke Watanabe;Michitaka Ohtaki
• 通讯作者: Michitaka Ohtaki

硫化スピネルCu2Ti4S8の電子構造制御によるゼーベック係数の増大

通过控制硫化物尖晶石Cu2Ti4S8的电子结构提高塞贝克系数

• 发表时间: 2020
• 作者: Hashikuni Katsuaki;Suekuni Koichiro;Usui Hidetomo;Chetty Raju;Ohta Michihiro;Takabatake Toshiro;Ohtaki Michitaka;橋國克明，末國晃一郎，臼井秀知，Chetty Raju，太田道広，高畠敏郎，大瀧倫卓
• 通讯作者: 橋國克明，末國晃一郎，臼井秀知，Chetty Raju，太田道広，高畠敏郎，大瀧倫卓

n型熱電材料として有望なTi-S系スピネル化合物

Ti-S尖晶石化合物有望成为n型热电材料

• 发表时间: 2020
• 作者: Hashikuni Katsuaki;Suekuni Koichiro;Usui Hidetomo;Chetty Raju;Ohta Michihiro;Takabatake Toshiro;Ohtaki Michitaka;橋國克明，末國晃一郎，臼井秀知，Chetty Raju，太田道広，高畠敏郎，大瀧倫卓;橋國克明
• 通讯作者: 橋國克明

A comparative study of thermoelectric Cu2TrTi3S8 (Tr = Co and Sc) thiospinels: Enhanced Seebeck coefficient via electronic structure modification

• DOI: 10.1016/j.jallcom.2021.159548
• 发表时间: 2021-03
• 期刊: Journal of Alloys and Compounds
• 影响因子: 6.2
• 作者: Katsuaki Hashikuni;K. Suekuni;H. Usui;R. Chetty;M. Ohta;T. Takabatake;M. Ohtaki