熱力学的探索手法を用いたマンガンシリサイド熱電材料の組成・構造制御

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近年、地球温暖化に伴う気候変動などの環境問題が深刻化する中、カーボンニュートラルを実現するため、工場や自動車などの廃熱を直接電力として回収できる熱電変換技術が注目されている。本研究では、固相反応による低温合成、第3元素添加、ポストアニール処理などの手法を用いて、平衡状態図に基づく熱力学的な視点から高マンガンケイ化物(MnSix, HMS)熱電材料の精密な組成および微細組織制御を行い、高性能化への材料設計指針の確立を目指す。本年度は、固相反応法を用いた低温合成による精密組成制御およびポストアニール処理による熱履歴がHMSの熱電特性に与える影響について検討を行い、以下の成果が得られた。1. 出発原料粉末のMnおよびSiをMnSix(1.65≦x≦1.85)の組成比になるよう秤量後、メノウ乳鉢で混合し、石英管に真空封入し固相反応合成を行い、HMSの合成および精密組成制御に成功した。2. 固相反応法により作製したMnSi1.65、MnSi1.74およびMnSi1.85焼結体のX線回折を行った結果、各焼結体の主成分がHMS相であることを確認した。MnSi1.74焼結体はHMS単相であったが、MnSi1.65およびMnSi1.85焼結体には、主成分のHMS相以外に不純物としてMnSi相、Si相のピークがそれぞれ観測された。3. ポストアニール処理の前後における各焼結体の熱電無次元性能指数(ZT)を比較した結果、ZTは焼結体のSi/Mn組成比およびポストアニール処理の有無に依存した。