不定比酸化チタンの熱電変換効果に関する研究

(100)、(110)、(111)、(001)の各面を有するルチル型酸化チタンの単結晶試料(10mm×10mm×0.5mm)を原料として、水素雰囲気中、950℃で還元し、濃青色の不定比酸化チタンを得た。(100)、(001)の両面は(111)、(110)に比して、水素で還元されやすく、前の2試料はTiO_<1.98>、後の2試料はTiO_<1.99>の組成となった。これは(100)、(001)の両面に酸素原子が配列しているためと考えられる。単結晶の還元体はラウエ写真、及び4軸X線回折図形から単結晶性を保ちつつも、長周期構造が出現していることがわかった。各面に平行な方向([010]、[001]、[110])のゼーベック係数は25℃で0.17〜0.24mV/Kの範囲にあり、電気伝導率は6.68〜9.39 Scm^<-1>の範囲にあった。電気伝導率は半導体的な挙動を示し、温度上昇とともに増加したが、ゼーベック係数は低下した。熱伝導率を1Wm-1K-1として無次元性能指数を比較したところ、0.008〜0.016の範囲で、温度による大きな違いはなかった。このことから、室温でも使用可能な熱電変換素子としての応用が期待できる。また、電気伝導率を増加させて、性能指数を改善するため、不定比酸化チタン粉末試料に炭素粉末を5〜30%混合して導電性を付与する実験を行った。その結果、5〜10%の混合比のときは、ゼーベック係数を維持したまま、電気伝導率を増やせることを見いだした。炭素が15%以上になると、ゼーベック係数はゼロとなった。粉末成型体を熱電変換材料として使用する場合は炭素を10%以内の割合で混合することにより、性能指数を改善できることがわかった。

(100)、(110)、(111)、(001)の各面を有するルチル型酸化チタンの単結晶試料(10mm×10mm×0.5mm)を原料として、水素雰囲気中、950℃で還元し、濃青色の不定比酸化チタンを得た。(100)、(001)の両面は(111)、(110)に比して、水素で還元されやすく、前の2試料はTiO_<1.98>、後の2試料はTiO_<1.99>の組成となった。これは(100)、(001)の両面に酸素原子が配列しているためと考えられる。単結晶の還元体はラウエ写真、及び4軸X線回折図形から単結晶性を保ちつつも、長周期構造が出現していることがわかった。各面に平行な方向([010]、[001]、[110])のゼーベック係数は25℃で0.17〜0.24mV/Kの範囲にあり、電気伝導率は6.68〜9.39 Scm^<-1>の範囲にあった。電気伝導率は半導体的な挙動を示し、温度上昇とともに増加したが、ゼーベック係数は低下した。熱伝導率を1Wm-1K-1として無次元性能指数を比較したところ、0.008〜0.016の範囲で、温度による大きな違いはなかった。このことから、室温でも使用可能な熱電変換素子としての応用が期待できる。また、電気伝導率を増加させて、性能指数を改善するため、不定比酸化チタン粉末試料に炭素粉末を5〜30%混合して導電性を付与する実験を行った。その結果、5〜10%の混合比のときは、ゼーベック係数を維持したまま、電気伝導率を増やせることを見いだした。炭素が15%以上になると、ゼーベック係数はゼロとなった。粉末成型体を熱電変換材料として使用する場合は炭素を10%以内の割合で混合することにより、性能指数を改善できることがわかった。