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Search for a semiconducting quasicrystal and its application for thermoelectric materials by band engineering

通过能带工程寻找半导体准晶及其在热电材料中的应用

基本信息

批准号：
19J21779
负责人：
岩崎祐昂
金额：
$ 2.18万
依托单位：
The University of Tokyo
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 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

前年度はAl-Si-Ru系半導体近似結晶にCuを4at.%ドープすることで正孔密度を最適化し、500KでzT=0.2と無置換試料に比べて約7倍性能を向上させることに成功した。また、半導体準結晶の候補物質であるAl-Pd-Ru系準結晶の熱電特性が縮退半導体的な性質を示すことを明らかにし、単位胞当たり2~3個の電子をドープすることで半導体化することを予測した。今年度は上述の結果に対して以下の研究を遂行した。まず、Al-Si-Ru系近似結晶に関して、前年度ではp型の熱電特性最適化を試みたが、熱電発電モジュールの作製を見据えてp型だけでなくn型の熱電特性を最適化することを試みた。Al-Si-Ru系近似結晶に電子ドーパントとしてRhをドープした試料を作製し、熱電物性を測定した。その結果、ゼーベック係数は-200μV/Kを超える大きな値を示し、400KでzT=0.25と達成した。これまでにアルミ系準結晶・近似結晶ではn型の特性を示すものは存在せずn型が得られたのは今回が初めてである。更に、p型の準結晶・近似結晶系で最高の値であるAl-Ga-Pd-Mn系準結晶のzT=0.26とほぼ同じ値を示した。Al -Si-Ru系近似結晶でp,n両極性の試料が揃い、これらの材料系を用いた熱電発電モジュール開発の突破口を開いた。また、Al-Pd-Ru系準結晶に電子をドープすることで半導体化させるためにSiをドープした試料を作製したところ、無置換試料で準結晶相の単相試料だったものが、金属的な熱電物性を示す2/1近似結晶であるP２０相の単相になることが分かった。今後は液体急冷を用いることでSiを過飽和させた準結晶相の単相試料を作製することで、半導体準結晶の実現が期待できる。

Cu 4at.% in Al-Si-Ru semiconductor near crystallization in previous years The positive pore density was optimized at 500K and the performance was improved by about 7 times without displacement. The thermoelectric properties of Al-Pd-Ru system quasi-crystals, candidate materials for semiconductor quasi-crystals, are shown to degrade the properties of semiconductors. This year, the following research was carried out in response to the above results. In addition, the Al-Si-Ru system is approximately crystalline, and the thermoelectric characteristics of the p-type in the previous year are optimized. The thermoelectric properties of the p-type are optimized. Al-Si-Ru System Approximate Crystallization: Preparation and Thermoelectric Properties of Samples The result shows that the coefficient is-200 V/K, and the value is 400K, zT=0.25. This is a quasi-crystalline, quasi-crystalline system with n-type properties. In addition, the highest value of p-type quasi-crystal and quasi-crystalline system is shown in zT=0.26 and zT=0.26 for Al-Ga-Pd-Mn quasi-crystal. Al-Si-Ru system approximate crystal p,n polarity of the sample, this material system used in the thermoelectric generation of the breakthrough. Al-Pd-Ru quasi-crystal electron deposition, semiconductor deposition, Si deposition, sample preparation, replacement free sample, quasi-crystal phase single phase sample preparation, metal thermoelectric properties, 2/1 approximate crystallization, P20 phase single phase separation. In the future, liquid quenching is expected to be used in the preparation of single phase samples for Si supersaturation and semiconductor quasi-crystals.

项目成果

期刊论文数量（20）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Effects of Cu doping on thermoelectric properties of Al-Si-Ru semiconducting quasicrystalline approximant

Cu掺杂对Al-Si-Ru半导体准晶近似体热电性能的影响

DOI：
10.1103/physrevmaterials.5.125401
发表时间：
2021
期刊：
Physical Review Materials
影响因子：
3.4
作者：
Yutaka Iwasaki;Koichi Kitahara;Kaoru Kimura
通讯作者：
Kaoru Kimura

Experimental realization of a semiconducting quasicrystalline approximant in Al-Si-Ru system by band engineering

通过能带工程实验实现 Al-Si-Ru 体系中的半导体准晶近似体

DOI：
10.1103/physrevmaterials.3.061601
发表时间：
2019
期刊：
PHYSICAL REVIEW MATERIALS
影响因子：
3.4
作者：
Yutaka Iwasaki;Koichi Kitahara;and Kaoru Kimura
通讯作者：
and Kaoru Kimura

半導体ハイパーマテリアルの探索

半导体超材料探索

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
固体物理
影响因子：
0
作者：
岩﨑祐昂;北原功一;木村薫
通讯作者：
木村薫

Al-Si-Ru系近似結晶半導体におけるCuドープ効果

Al-Si-Ru 近似晶体半导体中的 Cu 掺杂效应

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
岩崎祐昂;樫村知之;北原功一;木村薫;北原功一，木村薫;岩﨑祐昂，北原功一，木村薫
通讯作者：
岩﨑祐昂，北原功一，木村薫

Al-Pd-Co系1/1近似結晶(半導体候補物質)の熱電特性

Al-Pd-Co 1/1近似晶体的热电性能（半导体候选材料）

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yutaka Iwasaki;Koichi Kitahara;Kaoru Kimura;沖泰裕;岩崎祐昂,北原功一,木村薫;岩崎祐昂,樫村知之,北原功一,木村薫;樫村知之,岩崎祐昂,北原功一,木村薫
通讯作者：
樫村知之,岩崎祐昂,北原功一,木村薫