ランタン硫化物系組成傾斜膜を用いた熱電素子の作製とその超高効率放熱基板への応用

硫化镧基成分梯度薄膜热电元件的制备及其在超高效率散热基板中的应用

• 批准号: 14040201
• 负责人: 平井 伸治
• 金额: $ 2.88万
• 依托单位: Muroran Institute of Technology
• 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: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14040201/
• 关键词: ランタン三二硫化物; 焼結体; 相制御; 熱電材料; 出力因子; 比誘電率; ゼーベック効果; 冷却モジュール; ランタン硫化物; ディップコーティング; CS_2ガス硫化; 放熱板; ペルチェ効果

薄膜および焼結体においてNa、Ti、Zr、Hfがγ-La_2S_3を安定化することが確認された。LaH_3の添加は、組成の制御以外にLaの濃化によりγ-La_2S_3を安定化することが確認された。次に、このように相制御を行った焼結体について、熱電材料として出力因子、誘電体材料として比誘電率を測定した。γ-La_2S_3単相焼結体では、常温における出力因子が従来の報告^<(8)>を超える5.3×10^2 μW・m^<-1>K^<-2>一方、β-La_2S_3単相焼結体では、500Hz〜1MHzの周波数域において常温で10^6に達する巨大な比誘電率が発現することを明確にした。この他、従来技術であるp型とn型の熱電材料を組み合わせたペルチェ素子に電流を流すことにより冷却効果を発現させるのに対し、本研究ではp型またはn型のいずれかの熱電材料を電極で挟み、両電極間を短絡させることにより、外部電力の供給なしに冷却効果を発現させる放熱板の作製を試みた。冷却能力は用いる熱電材料の性能指数に依存するので、開発極上のLa_2S_3の代わりに既存のBi_2Te_3系p型熱電材料を用い、その両端をハンダにより銅薄電極と接合した。測定は、電極の一方をヒーターを用いて337.OK、他方をペルチェ素子を用いて304.2Kに固定した後、両電極間の開放、短絡を繰り返し、高温側の電極の温度を測定した。初期の開放電圧が6.65mVであったことから温度差は約33Kと見積られた。回路を短絡することで温度が下がり、再び開放することで温度が元に戻ることが確認された。この場合の温度の低下は約1.5Kであった。この結果、試作したモジュールは、温度差によってゼーベック効果による熱電力により電流を発生し、回路を短絡することで熱電材料に電流が流れ、その電流によるペルチェ効果により高温側が冷却されたものと推定した。

Thin film および焼 structure にお て て てNa, Ti, Zr, Hfがγ-La_2S_3を stabilization する する とが とが confirmation された. Outside LaH_3 の add は, composition の suppression に La の concentration に よ り gamma La_2S_3 を stabilization す る こ と が confirm さ れ た. に, こ の よ う に phase system ride on を っ た 焼 nexus of contracts に つ い て, thermoelectric materials と し て output factor, induced electric material と し て を than induced electric rate determination し た. Gamma La_2S_3 単 phase 焼 nexus of contracts で は, normal temperature に お け る output factor が 従 report to の ^ < > (8) を super え る 5.3 * 10 ^ 2 Mu w. m ^ ^ < 1 > K < - > 2 side, beta La_2S_3 単 phase 焼 nexus of contracts で は, 500 hz ~ 1 MHZ の cycle number field に お い て room temperature で 10 ^ 6 に da す る huge な than induced electricity rate が 発 now す る こ と を clear に し た. こ の he, 従 technology で あ る p-type と n-type の thermoelectric materials group を み わ せ た ペ ル チ ェ element child に electric current to flow を す こ と に よ り cooling unseen fruit を 発 now さ せ る の に し polices, this study で は p-type ま た は n-type の い ず れ か の thermoelectric materials を electrode で carry み を short collaterals, struck electrodes さ せ る こ と に よ り, external power supply の な し に unseen fruit を cooling The させる heat release plate is made into を test みた. Cooling capacity は with い る thermoelectric materials の performance index に dependent す る の で, open 発 extremely の La_2S_3 の generation わ り に existing の Bi_2Te_3 を p-type thermoelectric materials with い, そ の struck the を ハ ン ダ に よ り thin copper electrode と joint し た. は, electrode の side を ヒ ー タ ー を with い て 337. OK, fang を ペ ル チ ェ element child を with い て 304.2 K に fixed し た の open, short, struck electrodes collaterals after を Qiao り return し, determination of high temperature side の の electrode temperature を し た. In the initial stage, the open voltage is が6.65mVであった と と ら ら, and the temperature difference is が approximately 33Kと product られた. Short circuit を winding す る こ と で が temperature が り, open again び す る こ と で temperature が yuan に 戻 る こ と が confirm さ れ た. The temperature of the <s:1> occasion <e:1> is approximately <s:1> 1.5Kであった lower. こ の results, try し た モ ジ ュ ー ル は, temperature difference に よ っ て ゼ ー ベ ッ ク unseen fruit に よ る thermal power に よ り current を 発 し, short circuit を winding す る こ と で thermoelectric materials が に current flow れ, そ の current に よ る ペ ル チ ェ unseen fruit に よ り が cooling high temperature side さ れ た も の と presumption し た.

项目成果

平井伸治: "目的を達成するためのゾル-ゲル法による構造制御ノウハウ集,第一版"技術情報協会. (2003)

Shinji Hirai：“使用溶胶-凝胶方法实现目标的结构控制知识收集，第 1 版”技术信息协会（2003 年）。

S.Hirai, K.Nishinaka, K.Shimakage, M.Uo, F.Watari: "Hydroxyapatite Coating on Titanium Substrate by the Sol-Gel Process"J.Am.Ceram.Soc.. 87・1. 29-34 (2004)

S.Hirai、K.Nishinaka、K.Shimakage、M.Uo、F.Watari：“通过溶胶-凝胶工艺在钛基材上涂覆羟基磷灰石”J.Am.Ceram.Soc.. 87・1。 2004）

M.Ohta, Y.Haibin, S.Hirai, K.Shimakage, Y.Uemura: "Phase Transformation from Tetragonal Phase to Cubic Phase due to Addition of Titanium in Lanthanum Sesquisulfide"J.Alloys and Compounds. (印刷中).

M.Ohta、Y.Haibin、S.Hirai、K.Shimakage、Y.Uemura：“由于在三硫化二镧中添加钛而导致从四方相到立方相的相变”J.合金和化合物（正在出版）。

M.Ohta, S.Hirai, S.Morita, T.Nishimura, Y.Uemura: "Preparation of Ln_2S_3 (Ln:La,Pr,Nd,and Sm) Powders by Sulfurization of Oxide Powders Using CS_2 Gas", Fifth International Conference on f-Elements"J.Alloys and Compounds. (印刷中).

M.Ohta、S.Hirai、S.Morita、T.Nishimura、Y.Uemura：“利用 CS_2 气体硫化氧化物粉末制备 Ln_2S_3 (Ln:La、Pr、Nd 和 Sm) 粉末”，第五届国际会议关于 f 元素”J.合金和化合物。（印刷中）。

佐藤仁則, 平井伸治, 嶋影和宜, 和田健二: "マグネシウム合金へのゾル-ゲル被覆とその耐食性評価"表面技術. 54・2. 131-136 (2003)

Hitoshi Sato、Shinji Hirai、Kazuyoshi Shimakage、Kenji Wada：“镁合金上的溶胶-凝胶涂层及其耐腐蚀性的评估”表面技术 131-136（2003）。