Study on Creation of Novel Clathrate Semiconductors and Their Application to Thermoelectric Materials

新型笼形半导体的制备及其在热电材料中的应用研究

• 批准号: 19560713
• 负责人: ANNO Hiroaki
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Tokyo University of Science, Yamaguchi
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-19560713/
• 关键词: 省エネルギー; 熱電変換; クラスレート; 元素置換; ゼーベック係数; フォノン; 有効質量; 電子構造; 熱電変換材料; 半導体; 熱伝導率; ゲストーホスト間相互作用; ゲスト置換; ホスト置換; 電子構造変調; 状態密度; 熱電発電; 廃熱利用; 熱電能; 電子構造計算

It is highly desired to find new materials for thermoelectric energy conversion, by which the electric power can be generated directly from an enormous amount of waste heat, toward the goal of realizing the energy conservation and environmental coexistence society. We have studied the material design and the control of the thermoelectric properties in silicon- and germanium-based clathrate semiconductors, utilizing a high degree of freedom in the cage-like crystal structure which consists of polyhedral networks (host) including guest atoms inside the voids. The novel structural manipulation and control by elemental substitutions on host lattice and guest sites cause a significant increase of the thermoelectric power due to the modifications of the electronic structure and a decrease of the lattice thermal conductivity due to the enhanced phonon scattering. The development of clathrate semiconductors on the material design found in this study will lead to the creation of novel thermoelectric materials with high conversion efficiency.

为了实现节能和环境共存的社会，人们迫切希望找到新的热电能转换材料，通过该材料可以直接从大量的废热产生电力。我们已经研究了材料的设计和控制的热电性能在硅和锗为基础的笼形半导体，利用高自由度的笼状晶体结构，它包括多面体网络（主机），包括客户原子内的空隙。通过对主体晶格和客体位置的元素取代的新颖的结构操纵和控制，由于电子结构的修改和由于增强的声子散射导致的晶格热导率的降低，导致热电功率的显著增加。本研究发现的笼形半导体在材料设计上的发展将导致具有高转换效率的新型热电材料的产生。

项目成果

クラスレート熱電半導体の粉末X線回折法による構造解析

使用粉末 X 射线衍射法分析笼形热电半导体的结构

• 发表时间: 2010
• 作者: 染井吉野;外園昌弘;中林貴大;阿武宏明
• 通讯作者: 阿武宏明

熱電変換技術ハンドブック(第2章熱電変換材料,2節化合物半導体,4クラスレート化合物,4.1クラスレート化合物の高温熱電特性)(監修梶川武信,編集舟橋良次,阿武宏明,鈴木亮輔,寺崎一郎,山本淳)ISBN978-4-86043-257-7

热电转换技术手册（第2章热电转换材料、第2节化合物半导体、第4节笼形化合物、4.1笼形化合物的高温热电特性）（梶川武信监修、船桥亮司、阿布弘明、铃木良介、寺崎一郎、Jun编辑）山本）ISBN978-4-86043-257-7

• 发表时间: 2008
• 作者: 阿武宏明;古賀健治
• 通讯作者: 古賀健治

Ba_8Au_2GaxGe_44-xクラスレートの作製とその熱電特性

Ba_8Au_2GaxGe_44-x包合物的制备及其热电性能

• 发表时间: 2008
• 作者: 野口信次;鈴木康司;古賀健治;阿武宏明
• 通讯作者: 阿武宏明

ゲスト置換Siクラスレートの作製とその熱電特性

客体取代Si笼形物的制备及其热电性能

• 发表时间: 2007
• 作者: 鈴木康司;野田信次;古賀健治;阿武宏明;松原覚衛
• 通讯作者: 松原覚衛

Effbct of Au substitution on thermoelectric properties of silicon clathrate compounds

Au取代对硅笼形化合物热电性能的影响

• 发表时间: 2007
• 期刊: IEEE Proceedings of The XXVI International Conference on Thermoelectrics(ICT2007) (in press)
• 作者: H.Anno;K.Suzuki;K.Koga;and K.Matsubara
• 通讯作者: and K.Matsubara