高温熱電変換用新素材としてのSiCセラミックスの研究

高温热电转换新材料SiC陶瓷的研究

• 批准号: 63603514
• 负责人: 河本 邦仁
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 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: 1988
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1988 至 1989
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-63603514/
• 关键词: 炭化ケイ素; セラミックス; 熱電エネルギー変換; ゼーベック係数; フォノンドラッグ効果; 多孔質; 微細構造; 性能指数

今年度は、中実および中空状微粒子の焼結によって得られる多孔質SiCセラミックスの熱電性能評価を行い、微細構造と性能指数の相関性を詳細に検討した。その結果、いくつかの微細構造設計指針を導くことができ、変換効率も昨年度に比べて約1桁向上することが可能となった。1.β-セラミックスの微細構造と性能指数-中空状β-SiC微粒子を用い、1750-2000℃、N_2中3h焼結した試料について、熱電測定、XRD、SEMおよびTEM観察などを行った。ゼーベック係数が焼結温度の上昇すなわち粒成長にともなって増加する事実を見いだしたが、これは粒成長による面欠陥密度の低下がフォノンの平均自由行程を増大させ、フォノンドラック効果をより顕著にさせたためと考えられた。導電率は2000℃までは焼結温度の上昇と共に増加するが、2000℃以上ではβ相が一部α相に転移するため低下することが分かった。2.添加物の影響-中空状および中空状微粒子を用い、B、C、BNをそれぞれ1wt%添加した焼結体を作製した。N_2中焼結試料はすべてn-typeであった。Bの添加は無添加のものに比べて導電率を若干低下させるが、ゼーベック係数を増加させ、結果としてpower factorをもっとも大きくすることが判明した。Ar中焼結試料はすべてp-typeであり、XRDによればほとんどα相へ転移していた。C添加では、無添加に比べて導電率はあまり下げずにゼーベック係数を上げるため、p型の中ではもっとも大きいpower factorを与えた。3.微細構造の設計指針-n型β-SiCの熱電変換効率向上のためには、1)密度を低く保ったまま粒成長を促進する、2)α相への転移を抑制する、3)N、Bなどのドーピングによりキャリア濃度を制御することが重要であるとの結論を得た。微細構造の制御、B、Cの添加により、変換効率を昨年度までに得られた値と比較して約1桁向上することができた。

This year's は、中実およびHollow-shaped microparticles are made of porous SiC によってThermoelectric performance evaluation and correlation between microstructure and performance index are detailed.その results, いくつかのmicrostructure design index をくことができ, change efficiency もlast year's に than べて was about 1 桁 upward することがpossible となった. 1.β-セセラミックスのMicrostructure and Performance Index-Use of hollow β-SiC microparticles, 1750-2000 ℃, 3h in N_2, the sample was sintered, thermoelectric measurement, XRD, SEM and TEM were carried out.ゼーベック coefficient が焼 temperature rise すなわち grain growth にともなってincrease plus する事実を见 いだしたが、これは grain growth による面The average free path of the lack of density is low and the average free path is increased.ォノンドラック Effect をより顕在にさせたためと卡えられた. The electrical conductivity is higher than 2000°C and the junction temperature is increased. Above 2000°C, the β phase is partially reduced and the α phase is reduced. 2. Influence of additives - Hollow micro-particles are produced by adding 1wt% of silica, B, C, and BN silica into a solid structure. N_2 medium-fired sample はすべてn-type であった. Bのadded and unadded のものに is slightly lower than the べて conductivity させるが, ゼーベック coefficient をincrease plus させ, the result is としてpower The factor is the big one. The Ar medium-burning sample is a p-type p-type, and the XRD is a phase of the α phase. C added では, no added に than べて conductivity は あ ま り 下げ ず に ゼ ー ベ ッ ク coefficient を げ る た め, p type の中 で は っ と も 大 き い power factor を and えた. 3. The design index of microstructure-n-type β-SiC can improve the thermoelectric conversion efficiency, 1) The density is low, the grain growth is guaranteed, and the grain growth is promoted, 2 )α phase shift suppressor, 3)N, B filterりキャリアconcentrationをcontrolすることがimportantであるとのconclusionをgetた. The control of fine structure, the addition of B and C, and the change efficiency of the previous year were compared with each other by about 1 して.

项目成果

C.H.pai: Solid State Ion. (1989)

C.H.pai：固态离子。

K.Koumoto: Ceramic Tracsactions. 2. 501-510 (1989)

K.Koumoto：陶瓷加工。

K.Koumoto: J.Mat.Sci.Lett.7. 1245-1246 (1988)

K.Koumoto：J.Mat.Sci.Lett.7。