多孔質傾斜機能熱電材料の製作と最適化

多孔功能梯度热电材料的制备与优化

• 批准号: 09229238
• 负责人: 大中 逸雄
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09229238/
• 关键词: 熱電材料; 多孔質; 傾斜機能化; FeSi2

多孔質熱電素子を用いたガス燃焼による発電システムが提案されている。多孔質熱電素子の特性は熱電特性だけでなく、空隙率、透過率、界面積といった多孔質の特性も重要である。本研究では、多くが脆性材料である熱電材料の多孔質化プロセス、傾斜化プロセスとその最適化の手法の確立を目指している。多孔質熱電素子では、高温部は耐熱性が要求され、素子内には大きな温度勾配が生じる。単一の材料でこの条件を満たすことは困難であり、耐熱性、熱電特性の両面から傾斜機能化による多孔質熱電素子の性能向上が期待される。耐熱性に優れたFeSi2、中温度域で高い熱電特性を示すPbTe、低温で高い特性の(Bi,Sb)2Te3を基本として、傾斜機能多孔質熱電素子FeSi2/(Bi,Sb)2Te3、FeSi2/PbTe/(Bi,Sb)2Te3の試作を行った。ホットプレス法では、熱電材料FeSi2、PbTe、(BiSb)2Te3の多孔質素子を試作し、燃焼により熱電素子として機能することを確認した。適切な焼結温度・時間を組み合わせることにより、多孔質が形成されることが分かった。多孔質FeSi2の透過率の測定結果により、ガス燃焼型の多孔質熱電素子として機能する透過率を有していることを確認した。また、多孔質の比抵抗(見かけの比抵抗)はバルク材と同じオーダーであり、粒子間のネックが十分に形成されていると考えられる。通常の焼結法による多孔質化が困難なPbTeなどの脆性材料の充填率を制御できるようにするため焼結法の改良を図った。この改良したホットプレス方法では充填率が制御でき、最大で40%の空隙率を有するPbTe多孔質が形成できた。さらに、熱電能あるいは性能指数を傾斜化した素子だけでなく、空隙率の傾斜化による多孔質熱電素子を用いることにより、素子内の温度分布の最適化も図れる可能性を見いだした。

The porous pyroelectric element is used in the combustion process. The characteristics of porous thermoelectric elements are important in terms of thermoelectric properties, porosity, transmittance, and interfacial area. This study aims to establish an optimal method for porous and inclined thermoelectric materials. The porous thermoelectric element has a high temperature resistance and a high temperature resistance. The properties of porous thermoelectric elements are expected to be improved due to the difficulty of material selection, heat resistance, and thermoelectric properties. Excellent heat resistance FeSi2, high temperature thermoelectric characteristics PbTe, low temperature high temperature characteristics (Bi,Sb) 2Te3, basic and inclined porous thermoelectric elements FeSi2/(Bi, Sb) 2Te3, FeSi2/PbTe/(Bi, Sb) 2Te3, trial operation. The porous properties of thermoelectric materials FeSi2, PbTe,(BiSb) 2Te3 were tested and their combustion properties were confirmed. The appropriate sintering temperature and time are used to form porous materials. The measurement results of the transmittance of porous FeSi2 confirm that the transmittance of porous FeSi2 has a function of combustion. The specific resistance of porous materials (see Specific Resistance) is not the same as that of materials, and the formation of particles is very important. It is difficult to control the filling rate of brittle materials such as PbTe in the conventional sintering method. This improved method allows for the formation of PbTe porous materials with a maximum void fraction of 40%. In addition, the thermal energy and performance index of porous thermoelectric elements are inclined, the porosity is inclined, and the possibility of optimizing the temperature distribution in the elements is also discussed.