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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

利用热力学搜索方法控制硅化锰热电材料的成分和结构

基本信息

批准号：
22K14521
负责人：
石川弘通
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Osaka Research Institute of Industrial Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

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。

In recent years, environmental problems associated with global warming have deepened, and thermoelectric conversion technologies have attracted much attention in China, the United States and Japan. This study aims at establishing guidelines for the design of thermoelectric materials such as low temperature synthesis, third element addition, transition treatment, equilibrium state, basic thermodynamics, fine composition, microstructure control, and high performance. This year, the solid phase reaction method was used in the low temperature synthesis, the precision composition control and the thermal analysis of the thermoelectric characteristics of HMS, and the following results were obtained. 1. After measuring the composition ratio of Mn, Si, MnSix(1.65 ≤ x ≤ 1.85) of raw material powder, mixing it in mortar, vacuum sealing in quartz tube, solid phase reaction synthesis, synthesis of HMS and precise composition control were successfully carried out. 2. The X-ray reflection results of MnSi1.65, MnSi1.74 and MnSi1.85 sintered bodies prepared by solid-phase reaction method and the main components of each sintered body were confirmed by HMS phase. The MnSi1.74 sintered body has a single HMS phase, and the MnSi1.65 and MnSi1.85 sintered bodies have impurities other than the main component HMS phase, such as the MnSi phase and the Si phase. 3. The thermoelectric dimensionless performance index (ZT) of each sintered body was compared before and after the treatment. The Si/Mn composition ratio of ZT sintered body was dependent on the presence or absence of the treatment.