クエン酸錯体法を用いた高配向性を有する層状構造酸化物熱電変換材料の合成と物性

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Na_xCo_2O_4へのAg分散における性能向上効果について検討を行った.Ag分散することにより,電気抵抗率を大幅に低減できる一方,ゼーベック係数は大きく減少することなく,その結果,出力因子を大きく向上させることが可能であることがわかった.しかしながら熱伝導率の大きいAgを分散させることにより,全体の熱伝導率が上昇するため,これが性能向上の妨げとなることが明らかとなった.通常の固相反応法やクエン酸錯体法では,Ag粒が10μm程度の粗大粒としてNa_xCo_2O_4母相中に複合化されており,Ag粒を微細に分散させることでフォノン散乱を強め,熱伝導率の低減を図った.まず,クエン酸錯体法により合成されたNa_xCo_2O_4前駆体粉末に1μm程度のAg粉末を混合し,メカニカルグラインディング処理を施した.処理後の複合粉末では,Ag粒は1-2μmと微細に分散していたものの,焼結中に粒成長を起こし,最終的には10μm前後となり,目的とした微細分散化が困難であることがわかった.そこで,より一層の微細分散化を実現させるため,Agイオンを含む水溶液中にNa_xCo_2O_4前駆体粉末を混合,撹拌し,その後乾燥させることによってNa_xCo_2O_4粉末表面に微細にAg粒を析出させることを試みた.その結果,Na_xCo_2O_4粉末表面には数十nmのきわめて微細なAg粒が析出することがわかった.一方,そのほかにも粒子表面にきわめて薄くではあるものの,広くAg相が膜状に析出することも確認された.この複合粉末を焼結した結果,Ag粒子は5-8μmと,従来試料よりはやや微細化したものの,著しい微細分散化はできなかった.一方,Ag相中にはCoが検出され,母相との反応も見られた.これに起因してセーベック係数がAg無添加試料を上回り,性能指数としてはAg添加により向上する結果となった.