熱電変換材料としてのホウ化ケイ素/ホウ化チタンナノコンポジットのCVDによる合成

CVD合成硼化硅/硼化钛纳米复合材料作为热电转换材料

• 批准号: 01550543
• 负责人: 後藤 孝
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• 财政年份: 1989
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1989 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-01550543/
• 关键词: 熱電変換材料; ホウ化ケイ素; ホウ化チタン; ナノコンポジット; CVD; ゼ-ベック係数; 熱伝導度; 電気伝導度

ホウ化ケイの中でSiB_6は、熱起動力が大きい、熱伝導度が小さい、耐酸化性に優れるなどの特長を有することから、高温熱変換材料として期待される。しかし、SiB_6は直流電気伝導度が小さいため、現在必ずしも十分な性能には達していない。そこで、TiB_2やSiB_4などの導電性の高い材料をSiB_6に複合化する必要がある。また、複合化する材料の分散相の大きさをナノメ-タ程度の大きさに分散したいわゆるナノコンポジットを合成することにより、熱伝導が界面で散乱されることから、熱伝導度が著しく低下することが予想される。そこで、本研究ではナノ構造制御に最も有望と考えられるCVDによりSiB_6+SiB_4およびSiB_6+TiB_2ナノコンポジットの合成を試み、それらの熱電特性を調べ、高性能高温熱電変換材料を開発することを目的とした。原料には、SiCI_4B_2、B_2H_6、TiCI_4およびH_2ガスを用い、直接通電により加熱した黒鉛基板上に種々のナノコンポジットを合成した。SiB_6+SiB_4ナノコンポジットは、合成温度(Tdep)1573K、炉内全圧力(Ptot)4KPa,BISi原料ガス比(m_B/_<si>)0.8〜2.8のCVD条件で得られた。SiB_4の複合化によって熱伝導度は低下し、電気伝導度は上昇し、ゼ-ベック係数はほとんど変化しなかったことから、性能係数は約1000K以上で著しく増大した。このSiB_6+SiB_4ナノコンポジットは新しい高温熱電材料として有望であることは明らかになった。SiB_6+TiB_2ナノコンポジットはTdep=1673〜1773K、Ptot=4KPa、Si/Ti原料ガス比(m_<si>/_<Ti>)10.3のCVD条件で得られた。TiB_2の複合化によって、熱伝導度の低下を電気伝導度の上昇が著しく、高温導電性断熱材料として有望であることがわかった。しかし、TiB_2を6wt%以上複合化することゼ-ベック係数が著しく低下するため、この材料を熱電材料として応用するためには、より詳細にTiB_2含有量とゼ-ベック係数の関係を調べる必要がある。

SiB_6 has high thermal starting power, low thermal conductivity, excellent acid resistance and high temperature thermal exchange properties. SiB_6 has a low DC conductivity, but now it has a very high performance. It is necessary to synthesize SiB_6 with TiB_2 and SiB_4. The dispersion phase of the composite material is large, the dispersion degree is large, the thermal conductivity is small, and the thermal conductivity is small. In this paper, we study the structure of CVD, SiB_6+SiB_4 and SiB_6+TiB_2, the synthesis of CVD, the adjustment of thermoelectric properties and the development of high performance high temperature thermoelectric materials. The raw materials are SiCI_4B_2, B_2H_6, TiCI_4 and H_2, and the seeds are synthesized on a black lead substrate by heating with direct electricity. The CVD conditions of SiB_6+SiB_4 were obtained by the reaction temperature (Tdep)1573K, furnace pressure (Ptot)4KPa and BISi feedstock ratio (mB/_<si>)0.8 ~ 2.8. SiB_4 composite thermal conductivity decreased, electrical conductivity increased, coefficient of performance increased above about 1000K. SiB_6+SiB_4 is a new thermoelectric material with high temperature. SiB_6+TiB_2<si><Ti>TiB_2 composite material, thermal conductivity decrease, electrical conductivity increase, high temperature conductive thermal insulation material is expected to be TiB_2 content above 6wt% is the most important component of thermoelectric materials. It is necessary to adjust the relationship between TiB_2 content and TiB_2 content.

项目成果

M.Mukaida,T.Goto,T.Hirai: "Morphology and deposition rates of TiB_2 prepared by chemical vapour deposition of TiCl_4+B_2H_6 System" Journal of Materials Science. 25. 1069-1075 (1990)

M.Mukaida,T.Goto,T.Hirai：“TiCl_4 B_2H_6 系统化学气相沉积制备的 TiB_2 的形貌和沉积速率”材料科学杂志。

M.Mukaida,T.Goto,T.Hirai: "Preferred orientation of TiB_2 plates prepared by chemical vapour deposition of TiCl_4+B_2H_6 system" Journal of Materials Science.

M.Mukaida，T.Goto，T.Hirai：“TiCl_4 B_2H_6 体系化学气相沉积制备的 TiB_2 板的择优取向”材料科学杂志。

T.Goto,M.Mukaida,T.Hirai: "Chemical vapor deposition of silicon borides" MRS Symposia Proceedings “Chemical vapor deposition".

T.Goto、M.Mukaida、T.Hirai：“硼化硅的化学气相沉积”MRS 研讨会论文集“化学气相沉积”。

M.Mukaida,T.Goto,T.Hirai: "Preparation of SiB_<4±×> and SiB_6 plates by chemical vapor deposition of SiCl_4+B_2H_6 system" Journal of Materials Science.

M.Mukaida、T.Goto、T.Hirai：“SiCl_4+B_2H_6 体系化学气相沉积法制备 SiB_<4±×> 和 SiB_6 板”材料科学杂志。