3次元原子クラスターを有する金属間化合物のクラスター形状と特異な熱電特性の相関

三维原子团簇金属间化合物团簇形状与独特热电性能的相关性

• 批准号: 03J50551
• 负责人: 岡本 範彦
• 金额: $ 1.66万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03J50551/
• 关键词: クラスレート化合物; 熱電変換材料; 格子熱伝導率; 放射光粉末X線回折; リートベルト解析; スプリットサイトモデル; 非調和性; 熱電材料; 電荷補償性; 原子変位パラメーター; 空孔; 超格子構造; 高分解能透過型電子顕微鏡

実用熱電変換材料として有望視されているBa-Ga-Ge系type-Iおよびtype-IIIクラスレート化合物の詳細な結晶構造解析,および熱電変換特性の測定を行い,内包金属原子の熱振動挙動と格子熱伝導率低減に関する考察を行った.結晶構造解析には,SPring-8の放射光を線源とした粉末X線回折法を用い,電気抵抗率測定には四探針定常法を,熱伝導率測定には定常法とレーザーフラッシュ法を用いた.リートベルト解析を行うことにより,type-Iクラスレート化合物ではBa原子を内包している14面体ケージ構造がGa添加量の増加とともに一様に膨張するのに対して,type-IIIクラスレート化合物では,Ga添加に伴って変形12面体ケージ構造がx軸方向に伸び,異方的に変形することがわかった.スプリットサイトモデルを内包Ba原子サイトに適用することにより,type-Iクラスレート化合物では6dサイトから24jサイトに,y-z平面上で4つに分裂する一方で,type-IIIクラスレート化合物では12dサイトから24eサイトにx軸方向に2つに分裂することが明らかになった.この内包Ba原子サイトの分裂幅は,いずれの構造タイプにおいてもGa添加量の増加とともに増加し,それを内包している多面体ケージ構造の形状や大きさの変化に対応している.スプリットサイトモデルにより得られた内包原子サイトの分裂幅と格子熱伝導率の間に負の相関があることを見出し,内包原子サイトの分裂幅がその結晶ポテンシャルの非調和性に対応するパラメーターであることを明らかにした.スプリットサイトモデルを適用した結晶構造解析を行うことにより,その分裂幅から格子熱伝導率の低減を予測できることを提示した.

The detailed crystal structure analysis of Ba-Ga-Ge type-I and type-III compounds and the measurement of thermoelectric conversion characteristics were carried out by using thermoelectric conversion materials. The thermal vibration and lattice thermal conductivity reduction of the enclosed metal atoms were investigated. Crystal structure analysis,SPring-8 radiation source, powder X-ray reflection method, electrical resistivity measurement, four-probe steady state method, thermal conductivity measurement, steady state method, thermal conductivity measurement. The analysis of Ba atoms in type-I compounds shows that Ba atoms are included in the 14-sided structure. The Ga addition increases and the expansion increases. Type-III compounds show that Ga addition increases and the 12-sided structure extends in the x-axis direction. For compounds containing Ba atoms in the inner envelope, type III compounds contain Ba atoms in the x-axis direction and type III compounds contain Ba atoms in the x-axis direction. The splitting amplitude of Ba atom in the inner layer increases with the addition of Ga, and the shape of polyhedral structure in the inner layer increases with the change of Ga addition. A negative correlation between the lattice thermal conductivity and the splitting amplitude of the inner envelope atom is observed. The analysis of crystal structure is suitable for the prediction of lattice thermal conductivity.

项目成果

High thermoelectric properties of the type-III clathrate compounds in the Ba-Ge-Ga system

Ba-Ge-Ga体系中III型笼形化合物的高热电性能

• 发表时间: 2006
• 期刊: Acta Materialia 印刷中
• 作者: Jung-Hwan Kim;Norihiko L.Okamoto;Kyosuke Kishida;Katsushi Tanaka;Haruyuki Inui
• 通讯作者: Haruyuki Inui

M.W.Oh, J.-J.Gu, K.Kuwabara, N.L.Okamoto, H.Inui, M.-H.Oh, D.-M.Wee: "Effects of alloying elements on thermoelectric properties of ReSi_<1.75>"MRS Symposium Proceedings. 793. (2004)

M.W.Oh、J.-J.Gu、K.Kuwabara、N.L.Okamoto、H.Inui、M.-H.Oh、D.-M.Wee：“合金元素对 ReSi_<1.75> 热电性能的影响”MRS

Effects of Ga- and In-doping on the thermoelectric properties in Ba-Ge clathrate compounds

Ga和In掺杂对Ba-Ge笼形化合物热电性能的影响

• 发表时间: 2005
• 期刊: Material Research Society Symposium Proceedings 842(掲載予定)
• 作者: Norihiko L.Okamoto;Haruyuki Inui
• 通讯作者: Haruyuki Inui

N.L.Okamoto, T.Nishii, M.W.Oh, H.Inui: "Structural analysis and thermoelectric properties of Type-I clathrate compounds in the Ba-Ge-Ga system"MRS Symposium Proceedings. 793. (2004)

N.L.Okamoto、T.Nishii、M.W.Oh、H.Inui：“Ba-Ge-Ga 系统中 I 型笼形化合物的结构分析和热电性质”MRS 研讨会论文集。

熱電変換材料

热电转换材料

• 发表时间: 2007