電子構造とフォノン分散の制御による環境調和型A1基熱電変換材料の開発

通过控制电子结构和声子色散开发环保型A1基热电转换材料

• 批准号: 17686054
• 负责人: 竹内 恒博
• 金额: $ 14.31万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17686054/
• 关键词: 熱電材料; 準結晶・近似結晶; 電子構造; フォノン分散; ゼーベック係数; ペルティエ効果; 熱伝導度; 電気伝導度; ゼーベック効果; ベルティエ効果

エネルギー枯渇問題と,化石燃料消費による地球温暖化問題の観点から,廃熱や太陽熱を利用しエネルギー利用効率を高める技術の開発が急務である.熱を電気に変換できる熱電材料はこれらの諸問題を解決する機能性材料として注目を集めている.現在実用化されている熱電材料による熱電発電は変換効率が悪く,現状では大規模な熱電発電が行われる迄に至っていない.熱電材料の特性を向上により大規模熱電発電を実現することは,21世紀の材料研究者に課せられた最も重要な課題の一つである.申請者は,近年,様々な金属材料の異常な電子物性(電気伝導率,熱伝導率,熱電能,電子比熱係数,ホール係数)を電子構造と結晶構造を解析することにより解明する基礎研究を行ってきた.これらの基礎研究により得られた知見から,熱電材料に対して今までに提案されていない全く新しい材料設計指針を構築するに至った.本研究では,申請者が提案する熱電材料設計指針により高性能熱電材料を開発することを目的としている.平成19年度に行った研究では,電子構造に数k_BT程度のエネルギー幅の微細構造がある場合に,熱伝導度に異常が生じWiedemann-Franz則を適用することができなくなることを明らかにした.バンド計算と低温比熱の測定から求めた電子状態密度とBoltzmann輸送方程式を用いて電子熱伝導度を解析した結果,観測される異常な熱伝導度を完全に理解することに成功した.平成19年度に得た成果も含め,本課題研究により蓄積してきた研究成果により,全く新しく,かつ,極めて有効な熱電材料の設計指針を構築することができたと考えている.

The problem of fossil fuel consumption, global warming, heat and solar heat utilization, high efficiency and technology development are urgent. Thermoelectric materials solve the problems of thermal and electrical conversion. Functional materials focus on thermal and electrical conversion. Nowadays, the efficiency of thermoelectric power generation has been increasing due to the practical use of thermoelectric materials. The current situation is that large-scale thermoelectric power generation has not been implemented until now. The characteristics of thermoelectric materials are developing rapidly, and large-scale thermoelectric generation has been realized. However, it is one of the most important problems for materials researchers in the 21st century. In recent years, the applicant has conducted basic research on the analysis of electronic structure and crystal structure of unusual electronic properties (electrical conductivity, thermal conductivity, thermoelectric energy, electronic specific heat coefficient, and electron coefficient) of metallic materials. This basic research has led to the discovery of thermoelectric materials and the development of new materials design guidelines. This study aims at the development of thermoelectric materials with high performance. In the research conducted in Heisei 19, it was found that in the case of electronic structure, the number of k_BT degrees, the amplitude of microstructures, and the occurrence of thermal conductivity anomalies, Wiedemann-Franz, were applicable. The calculation of the low temperature specific heat and the determination of the electron density of state and the Boltzmann transport equation were successfully performed by using the electron thermal conductivity and analyzing the results. Heisei 19 years of research results, including the accumulation of research results, all new, extremely good thermoelectric materials design guidelines to build, this research.

项目成果

Al基準結晶と近似結晶の熱伝導度

Al参考晶体和近似晶体的热导率

• 发表时间: 2007
• 作者: 新名 雅俊;竹内 恒博;竹内恒博;竹内恒博
• 通讯作者: 竹内恒博

Extremely small thermal conductivity of the Al-based Mackay-type 1/1-cubic approximants

铝基 Mackay 型 1/1 立方近似值的极小导热率

• 发表时间: 2006
• 期刊: Physical Review B 74
• 作者: Kiyonobu Kaido;ed.by Mike Jenks;Nicola Dempsey;松山大学まちづくり学プログラム委員会編;水谷宇一郎,青木正和,則竹達夫;水谷宇一郎;水谷宇一郎;水谷宇一郎;T.Noritake;T.Noritake;T. Noritake;M.Hasegawa;水谷宇一郎;水谷宇一郎;U.Mizutani;U.Mizutani;水谷宇一郎;水谷宇一郎;水谷宇一郎;水谷宇一郎;水谷宇一郎;U.Mizutani;U.Mizutani;U.Mizutani;H.Hazama;T.Takeuchi
• 通讯作者: T.Takeuchi

A1基準結晶と近似結晶の熱電物性

A1参考晶体和近似晶体的热电特性

• 发表时间: 2007
• 期刊: 日本結晶学会誌 49
• 作者: T. Takeuchi;M. Shinmei;竹内恒博
• 通讯作者: 竹内恒博

高効率熱電材料の開発と実用化

高效热电材料的开发及实际应用

• 发表时间: 2007
• 期刊: 日本金属学会報『まてりあ』 46
• 作者: T. Noritake;T. Takeuchi;他3名;竹内恒博
• 通讯作者: 竹内恒博

Surface and bulk electronic structure of Heusler-type Fe2VA1

Heusler型Fe2VA1的表面和体电子结构

• 发表时间: 2006
• 期刊: J. Vac. Sci. Technol. A 24
• 作者: Hidetoshi Miyazaki;Kazuo Soda;Sinya Yagi;Masahiko Kato;Tsunehiro Takeuchi;Uichiro Mizutani;Yoichi Nishino
• 通讯作者: Yoichi Nishino