核分裂生成貴金属の熱電材料への応用に関する研究

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核分裂生成貴金属中の主要元素であるルテニウム(Ru)のケイ化物であり、半導体的性質を示すRu_2Si_3に同じく核分裂生成貴金属であるロジウム(Rh)をRuに対し原子数比で4%および6%ほど添加した試料について熱電性能に関する研究を行った。試料は所定の組成になるよう秤量したRu、Rh、Siを精製アルゴン減圧下でアーク溶融させ棒状に整形した後、浮遊溶融帯法(FZ法)にて測定用試料の作成を行った。熱電性能測定は室温から約1100Kの温度範囲で行った。ゼーベック係数は無添加試料においては800K付近でn型からp型への遷移が確認された。一方Rh4%添加試料およびRh6%添加試料では室温から1100Kの測定範囲ではn型のままであった。4%添加のものは1100Kまで値を保ったままだったが6%添加試料では1000K以上で小さくなっていった。電気抵抗率は4%添加試料は500K以下では無添加のものに比べ約1桁小さな値となり、6%添加試料はさらに約40%小さな値となった。今回の結果から熱伝導率が文献値と同じであると仮定して無次元性能指数を計算すると4%添加試料では約1100Kで最大0.78、6%添加試料では約800Kで最大0.41の値となった。Rh4%添加試料の値は、現在高温での代表的な熱電材料であるSiGeを約30%上回っており今後の製造条件最適化によっては目標の無次元性能指数が1を超えることも可能であるという結果を得た。