Development of new processes for manufacturing high-performance thermoelectric materials using ultra-high pressure technology

利用超高压技术开发制造高性能热电材料的新工艺

• 批准号: 22K19076
• 负责人: 関根 ちひろ
• 金额: $ 4.08万
• 依托单位: Muroran Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K19076/
• 关键词: 熱電変換材料; スクッテルダイト; 超高圧; 格子熱伝導率; 自己充填反応; 再生可能エネルギー; 熱電発電

これまで、熱電変換材料の様々な設計指針が提案され、多くの研究が行われてきたが、熱電発電を普及させるのに必要な性能には至っていない。このような状況の中、熱電変換材料の性能を向上させる全く新しい手法を開発することは重要である。熱電変換材料の性能は、ゼーベック係数の二乗および、電気伝導率に比例し、電子熱伝導率、格子熱伝導率に反比例する。格子熱伝導率以外のパラメータは、全てキャリア濃度の関数であり、トレードオフの関係にある。そこで、キャリア濃度の最適化に加えて格子熱伝導率の低減が高性能材料開発の鍵となる。我々は、カゴ状物質であるスクッテルダイト化合物において、20 GPa 以上の超高圧力の印加により、カゴを形成する原子がカゴ内部に充填される新しい現象「圧力誘起自己充填反応」を発見し、この反応により生成される自己充填相において格子熱伝導率が著しく低下することを見出した。この自己充填相は、超高圧を利用した特殊な製造プロセスを経なければ得ることができない。本研究では、このような超高圧下における特異な反応に着目し、超高圧技術を駆使した熱電変換材料の性能を向上させる新たな開発手法を確立することを目的とした。このような研究目的の下、本年度は、最も低い圧力で自己充填反応が起きるRhSb3の自己充填相をマルチアンビルプレスを用いて作製し、格子熱伝導率の低減機構の解明を目指し、核磁気共鳴実験を行なった。その結果、 局所的な構造変化が生じている可能性が示唆される結果を得た。今後、構造モデルを仮定して電場勾配の計算を行い、実験結果との比較を行う予定である。また、ダイヤモンドアンビルセルを用いた高温高圧実験の準備を進め、新たな加熱機構を設計・製作し、問題なく加熱できるとを確認した。今後、放射光X線を用いた実験を行い、温度ー圧力相図の決定と、自己充填反応による構造変化を詳細に調べる予定である。

The design of equipment and equipment for materials management refers to the introduction of proposals, multi-disciplinary research, and popularization of information on necessary performance requirements. In order to improve the performance of materials, there is a new way to improve the performance of materials. The performance of different materials, the number of batteries, the ratio of electricity to electricity, the ratio of electricity to electricity, and the lattice temperature are inversely proportional to each other. In addition to the grid rate, the number of degrees, the number of degrees and the number of degrees. The temperature is very high, and the temperature is very high. We have a lot of material to do, and we need to know that the compound is filled with a superhigh force of more than 20 GPa, and the formation of an atom is filled with an internal fill. it is like a new one, which is similar to that of a person who fills himself in the form of a backfill. Make use of your own filling phase and ultra-high altitude to make use of the special equipment to make sure that you can fill the picture by yourself. In this study, under the condition of ultra-high temperature, the purpose of this study is to make sure that the performance of materials is improved by the use of ultra-high technology. According to the purpose of this year's research, this year, the most effective way to fill the RhSb3 is to use the device to fill the phase. The grid system is used to determine the target, and the nuclear magnetic resonance machine is used to determine the target. The results of the test and the possibility of the local government to improve the quality of life indicate that the results are satisfactory. In the future, the calculation and calculation results will be compared with those of the bank. The equipment for high temperature and high temperature is ready for improvement, the equipment of the new equipment is designed, and the problem is confirmed. In the future, the radiation X-ray is used to determine the temperature, and the temperature is used to determine the temperature.

项目成果

ジェノバ大学(イタリア)

热那亚大学（意大利）

非充填スクッテルダイト化合物MSb3 (M = Co, Rh) の圧力誘起自己充填反応による格子熱伝導率低減効果

未填充方钴矿化合物 MSb3 (M = Co, Rh) 的压力诱导自填充反应降低晶格热导率的效果

• 发表时间: 2022
• 作者: 木幡壮真;木村勇太;雨澤浩史;大石昌嗣;藤代史;高橋伊久磨;八木俊介;中村崇司;淡路 功太，西村 和也，諏訪 雄哉，林 純一，川村 幸裕，武田 圭生，後藤 弘匡，関根 ちひろ
• 通讯作者: 淡路 功太，西村 和也，諏訪 雄哉，林 純一，川村 幸裕，武田 圭生，後藤 弘匡，関根 ちひろ

非充填スクッテルダイト化合物RhSb3の圧力誘起自己充填反応と高圧下電気伝導

未填充方钴矿化合物RhSb3的压力诱导自填充反应及高压下导电

• 发表时间: 2022
• 作者: 武田圭生;林純一;関根ちひろ
• 通讯作者: 関根ちひろ

アイオワ州立大学(米国)

爱荷华州立大学（美国）