導電性ナノ粒子によりフォノン散乱と導電性を同時に増強した酸化物熱電材料の開発

开发使用导电纳米颗粒同时增强声子散射和电导率的氧化物热电材料

• 批准号: 22H01779
• 负责人: 大瀧 倫卓
• 金额: $ 11.32万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01779/
• 关键词: 酸化物熱電変換材料; 自己形成ナノ構造; 拡散防止材; 窒化物; ヘテロ界面; ナノコンポジット構造; 微粒子分散; 溶離析出; 放電プラズマ焼結; 金属ナノ粒子

初年度である2022年度は、易還元性金属種を含む金属酸化物から高温還元条件下で金属ナノ粒子が還元析出する溶離現象を利用して、高温で自発的に形成されるナノ構造の構築を検討した。Niを溶離金属としてあらかじめ固溶したNbドープSrTiO3を種々の還元条件で処理し、溶離析出するNiナノ粒子の量や粒径の制御を検討すると共に、導電率、ゼーベック係数、熱伝導率、無次元性能指数ZTを測定して、高温条件でのナノ構造の変化とその影響を評価した。Niはペロブスカイト型構造のBサイトに部分置換する形で固溶させるため、その溶離析出によってBサイト欠損が生じ、Aサイト元素であるSrが過剰となる。このため、あらかじめAサイトのSrを若干欠損させておくことにより、Niナノ粒子の析出が促進される現象を見出した。また、酸化物の粒界に、融点が2000°Cを超す導電性窒化物であるTiNやZrNなどの導電性窒化物を拡散防止材として導入することにより、800~1000 °C以上の高温においても物質の相互拡散が生じず、粒成長が抑制され、高温条件下でのナノ構造消失およびこれによる熱電性能低下を防止できる可能性を検討した。放電プラズマ焼結(SPS)およびホットプレス焼結(HP)により、ナノ構造を保持した短時間焼結を行ってナノコンポジット試料を合成し、その微細構造をSEM/EBSDやSEM/EDSにより観察し、熱電特性を評価した。窒化物ナノ粒子の分散状態がナノコンポジット構造に大きく影響するため、遊星型ボールミルなどによる高効率湿式粉砕混合を検討している。

In the first year of 2022, the dissolution phenomenon of easily reducible metal species, metal oxides and metal particles under high temperature reduction conditions was discussed. Ni dissolution metal, solid solution, Nb, SrTiO3 species reduction conditions, treatment, dissolution and separation, Ni particle size and particle size control, electrical conductivity, thermal conductivity, dimensionless performance index ZT determination, high temperature conditions, structural transformation and evaluation. Ni has A structure of B type, which is partially replaced by Sr, and is dissolved and separated into B type and Sr type. The phenomenon of precipitation of Ni particles was observed. This paper discusses the possibility of preventing the dispersion of conductive compounds such as TiN and ZrN at temperatures above 800 to 1000 °C, the inhibition of particle growth, and the disappearance of structures at high temperatures. The sintering process (SPS) and the sintering process (HP) were carried out in a short time. The microstructure of the sample was observed by SEM/EBSD and SEM/EDS. The thermoelectric properties were evaluated. The dispersion state of the compound particles is different from that of the powder structure. The influence of the particle structure on the dispersion state of the compound particles is different from that of the powder structure. The dispersion state of the compound particles is different from that of the powder structure.

项目成果

熱電研究の現在と未来

热电研究的现状和未来

• 发表时间: 2023
• 作者: Ghosh Sampad;Harish Sivasankaran;Ohtaki Michitaka;Saha Bidyut Baran;Shinji HIRATA and Michitaka OHTAKI;大瀧倫卓
• 通讯作者: 大瀧倫卓

多元素共ドープによるZnO系酸化物熱電変換材料の熱伝導率抑制効果

多元共掺杂ZnO基氧化物热电转换材料的导热抑制效果

• 发表时间: 2022
• 作者: Ahrong Jeong;Michitaka Ohtaki;Byung-Koog Jang;大瀧倫卓，三輪雄輝，末國晃一郎
• 通讯作者: 大瀧倫卓，三輪雄輝，末國晃一郎

未利用廃熱エネルギー発電のための低環境負荷熱電変換材料の開発

开发低环境影响热电转换材料用于未利用的废热发电

• 发表时间: 2023
• 作者: Ghosh Sampad;Harish Sivasankaran;Ohtaki Michitaka;Saha Bidyut Baran;Shinji HIRATA and Michitaka OHTAKI;大瀧倫卓;大瀧倫卓
• 通讯作者: 大瀧倫卓