重い電子系を利用した革新的熱電デバイスの創製

使用重型电子系统创建创新热电设备

• 批准号: 21K18609
• 负责人: 松波 雅治
• 金额: $ 4.08万
• 依托单位: Toyota Technological Institute
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K18609/
• 关键词: 重い電子系; 熱電材料

本研究は重い電子系の特性を活かした革新的熱電デバイスの創製に挑戦するものである．重い電子系は高い熱電出力因子が得られるにも拘わらず熱伝導度の低減が困難なために熱電材料としての実用化は進んでいない．この現状に対する逆転の発想として，本研究では熱伝導度が影響しない熱電デバイスに重い電子系の熱電特性を最適化することにより，既存の材料を凌駕する性能を有する熱電デバイスを開発することを目標としている．本年度も引き続き新しい重い電子系熱電デバイスの候補物質となるYbB6の試料作製に取り組んだ． YbB6においてはYbとBを化学量論比から僅かにずらすことによって極性を制御できることが知られており，様々な熱電デバイスへの応用が期待できるが，その詳しいメカニズムはよくわかっていない．これを理解するためには，組成比を制御したYbB6試料の高品質な単結晶を作製し，その熱電特性を基礎物性や電子構造と関連付けて調べる必要がある．昨年度は浮遊帯域溶融法を用いたが，今年度は組成比を制御するためにフラックス法を用いた単結晶の作製を進めた．単結晶試料YbB6+xの作製については，Yb，BとフラックスであるAlを3種類の組成比（x = -1.1, -0.7, 0）で秤量した．これらをアルミナ製のるつぼに入れて，高温真空炉で7時間かけて室温から1500 ℃まで昇温し，1日保った後に1時間当たり5 ℃で降温し，800 ℃以下では自然冷却した．その後， NaOH水溶液でフラックスを溶かすことで試料を得た．試料の評価はX線回折とラウエ回折を用いて行い，その結果としてYbB6+xの単結晶が作製できていることを確認した．これらの試料を用いた熱電特性測定の結果として，特にx=-0.7の試料においては，大きな負のゼーベック係数を示すことがわかり，出力因子は実用化されている熱電材料Bi-Te系のものに匹敵する値を示した．

This study focuses on the characteristics of electronic systems and innovative thermoelectric devices. Heavy electron systems have high thermoelectric output factors, and it is difficult to reduce thermal conductivity by using thermoelectric materials. In this study, the thermal conductivity of the thermoelectric materials was studied to optimize the thermoelectric properties of the heavy electron system. This year, we introduced new candidate materials for heavy electron thermoelectric devices and selected components for sample preparation of YbB6. YbB6 is a chemical quantity ratio of Yb B. It is a chemical quantity ratio of Yb B. For this reason, it is necessary to control the composition ratio of YbB6 sample, to prepare high-quality crystals, to control the thermoelectric properties, and to adjust the electronic structure correlation. This year, the composition of the system is controlled by the floating zone melting method. Single crystal sample YbB6 +x is prepared from Yb, B, Al and the composition ratio of 3 species (x = -1.1, -0.7, 0) is weighed. High temperature vacuum furnace 7 hours room temperature 1500 ℃ temperature rise 1 day maintenance 1 time 5 ℃ temperature drop 800 ℃ natural cooling. After that, NaOH aqueous solution was dissolved and the sample was obtained. The results of the evaluation of the sample were confirmed by the X-ray reflection and the use of the X-ray reflection. The results of thermoelectric characteristics measurement of these samples, especially those with x=-0.7, are shown in the table below. The output factor is shown in the table below.