高性能熱電素子を実現するための組成傾斜を利用したホイスラー材料に関する研究

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自動車からの廃熱を利用した熱電発電を広く普及させるためには，効率よく熱電材料を生産する必要があり，従来の熱電特性評価を目的としたアーク溶解による試料作製ではなく，焼結法を用いた試料作製方法が有効である。焼結法とは，所望の組成を有する微粉末に短時間に大電流を流すことにより微細粒多結晶体を得る方法であり，短時間・簡便に試料を作製できるとともに，焼結条件や微粉末粒径により，従来のアーク溶解で作製した試料の熱電特性を上回る性能の材料が得られることが期待できる。そこで，今年度はこれまでに良好な熱電特性が得られているFe2VTaxAl1-x合金について，焼結温度並びに焼結圧力による熱電特性の変化を詳細に調べた。焼結条件に及ぼす焼結温度の影響を明らかにするために，45μm以下に粉砕したFe2VTa0.05Al0.95試料を様々な焼結条件(950℃～1100℃、40～50 MPa)下で作製し，熱電特性の評価を行った。作製した試料は，焼結温度の低下とともに相対密度の減少が観測されたことから，結晶内部に細孔が導入されていると考えられる。電気抵抗率は増加するものの，格子熱伝導率は大きく減少し，その変化の振る舞いはパーコレーションモデルでよく説明できることを見出した。また，焼結圧力を増加させた際には熱伝導率の低下が観測された。結果として，出力因子はかなり減少したが，焼結条件の最適化により無次元性能指数は増加しており，1050℃で50 MPaという焼結条件が最適であると決定した。