格子間サイト制御と三元系新物質探索によるマグネシウム－シリコン系熱電材料の創製

通过控制间隙位置创建镁硅热电材料并寻找新型三元材料

• 批准号: 14J04789
• 负责人: 窪内 将隆
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J04789/
• 关键词: 熱電材料; マグネシウムシリサイド; 単結晶X線回折; 格子欠陥; 熱電発電; 格子間サイト

Mg2Si1－xSnx 三元系化合物において、結晶中の格子欠陥量は熱電性能を決定しうる重要な要因であるが，定量的に評価した報告はない．本年度は，高い熱電性能を有する Mg2Si1－xSnx 三元系化合物の格子欠陥量を単結晶X線を用いて評価した．まず Mg2Si1-xSnx 三元系化合物の端成分である Mg2Sn を作製し，格子欠陥量を評価した．結晶構造解析や Fourier マップの結果から，Mg2Sn には格子間サイトの Mg(Mgi) が存在しておらず，正規の Mg サイトは 3 - 6 % 程度欠損していることがわかった．Mgi はドナー型の欠陥，Mg サイトの欠損はアクセプター型の欠陥であることから，Mg2Si と比べるとMg2Sn の電子キャリアは減少し，ホールキャリアは増加していることが予想される．実際に熱電性能を測定したところ，Mg2Sn は室温で p 型伝導を示すことがわかった．以上から，Mg2Sn が p 型伝導を示す原因は，Mgi が存在しない一方で，Mg サイトが欠損しているためであると結論した．次に，Mg2Si1－xSnx 三元系化合物 (x = 0.2，0.4，0.6，0.8，0.9) の熱電性能と格子欠陥の関係性を調査した．結果として，組成 x の増加に伴い，Mg サイトの占有率および Mgi の占有率が減少する傾向が見られた．このため，Sn-rich 条件の Mg2Si1－xSnx 三元系化合物が p 型伝導を示す原因として，Mgi が減少する一方で，Mg サイト欠損量が増加しているためと結論した．熱電性能では組成 x の増加とともに，電子キャリアは減少し，ホールキャリアが増加する傾向が見られた．モジュールの作製には至らなかったが、Mg2Si1－xSnx 三元系において、n,p型熱電性能が向上する新しい指針を提案・実証した。

Mg2Si1-xSnx ternary compounds are important for determining thermoelectric properties due to lattice defects in crystals and quantitative evaluation. This year, the high thermoelectric properties of Mg2Si1-xSnx ternary compounds were evaluated by X-ray crystallography. The terminal components of Mg2Si1-xSnx ternary compounds are evaluated by the preparation of Mg2Sn and the lattice properties. Crystal structure analysis results show that Mg(Mgi) in Mg (Mg2) Sn lattice is present, Mg (Mg2) in Mg lattice is 3 - 6%, Mg (Mg2 The answer to this question is: The thermoelectric properties of Mg2Sn at room temperature were measured. The reason why Mg2Sn is p-type conduction is shown above is that Mgi exists in one side and Mg is deficient in the other. Secondly, the thermoelectric properties and lattice defects of Mg2Si1-xSnx ternary compounds (x = 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 0.9) were investigated. As a result, the composition of x increased, and the percentage of Mg in the composition of x decreased. The p-type conductivity of Mg2Si1-xSnx ternary compounds under Sn-rich conditions is shown to be due to the decrease of Mgi and the increase of Mg2 loss. The pyroelectric properties increase and decrease. The Mg2Si1-xSnx ternary system has been proved to have new thermoelectric properties.

项目成果

Thermoelectric Hexagonal A-Mg-Si with A = Sr and Ba Zintl Phases

具有 A = Sr 和 Ba Zintl 相的热电六方 A-Mg-Si

• DOI: 10.1007/s11664-016-4658-3
• 发表时间: 2016
• 期刊: Journal of Electronic Materials
• 影响因子: 2.1
• 作者: T. Kajitani;K. Takahashi;M. Saito;H. Suzuki;S. Kikuchi;M. Kubouchi;K. Hayashi
• 通讯作者: K. Hayashi

Mg2+xSiの格子間サイトにおけるMgの定量的評価

Mg2+xSi 间隙位点 Mg 的定量评价

• 发表时间: 2015
• 作者: T. Kajitani;K. Takahashi;M. Saito;H. Suzuki;S. Kikuchi;M. Kubouchi;K. Hayashi;窪内 将隆，小川 陽平，林 慶，高松 智寿，宮崎 譲
• 通讯作者: 窪内 将隆，小川 陽平，林 慶，高松 智寿，宮崎 譲

単結晶X線回折を用いたMg2Si1-xSnxにおける格子間Mgの定量的評価

使用单晶 X 射线衍射定量评估 Mg2Si1-xSnx 中的间隙 Mg

• 发表时间: 2016
• 作者: 窪内将隆;小川陽平;林 慶;髙松智寿;宮﨑 讓
• 通讯作者: 宮﨑 讓

B-doping effect on the thermoelectric properties of Mg2Si

B掺杂对Mg2Si热电性能的影响

• 发表时间: 2016
• 作者: M. Kubouchi;K. Hayashi;Y. Miyazaki
• 通讯作者: Y. Miyazaki

Mg2Si熱電材料におけるホウ素添加効果

添加硼对Mg2Si热电材料的影响

• 发表时间: 2015
• 作者: 窪内将隆;林慶;宮﨑讓
• 通讯作者: 宮﨑讓