High mobility thermoelectric materials: clathrates with controlled electronic structure in caged crystal structure by guest atomic orbital selection

高迁移率热电材料：通过客体原子轨道选择在笼状晶体结构中具有受控电子结构的包合物

• 批准号: 22K04699
• 负责人: 岸本 堅剛
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Yamaguchi University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04699/
• 关键词: 熱電材料; クラスレート化合物; 移動度; 電子構造; ゲスト原子の原子軌道; クラスレート; 原子軌道

熱電材料としてクラスレート化合物が取り上げられた当初のモデルと違って，Ge系タイプ1クラスレートのキャリア伝導は，ホスト－ホスト間の混成軌道ではなく，ゲスト－ホスト間の混成軌道を利用している。したがって，そのキャリア伝導にはゲスト原子の原子軌道が影響する。従来の熱電クラスレートのゲスト原子はBaであった。代表者らはNaに着目している。Baのd軌道に比べて，Naのs軌道の方がキャリアにとって優良な伝導経路を形成できるのではないかと考えている。高性能材料を開発するために，最近合成したNa8Ga8Ge38を出発点として，その派生物の作製と特性評価を行った。1．カゴサイズ増減の影響：混晶化物Na8Ga8Ge38-xSixおよびNa8Ga8Ge38-xSnxのサンプル作製を試みた。前者ではx=4まで，後者ではx=0.5まで置換できた。その結果，格子定数は，それぞれ-0.3%と+0.14%だけ変化した。しかし，不純物相が存在したため，キャリア移動度は増加しなかった。2．ホスト置換原子の変更：ゲスト－ホスト間の混成軌道の形成には，Gaなどのホスト格子上の置換原子の存在が不可欠である。従来のGaからAlあるいはZnに代えたクラスレート化合物を作製した。Na8Al8Ge38では，共有結合半径の違い（Al: 126 pm, Ga: 124 pm, Ge: 121 pm）から混成の度合いが増し，Na8Ga8Ge38に比べて有効質量が微減した。それを受けてキャリア移動度の向上が期待されたが，一方でキャリアに対する合金散乱が微増したため，そうはならなかった。また，フォノン伝導に対する合金散乱が増えたため，格子熱伝導率が下がった。その結果，Na8Al8Ge38は，Na8Ga8Ge38に比べて高い無次元性能指数ZTを示した。Na8Zn4Ge42では，共有結合半径の違い（Zn: 118 pm, Ga: 124 pm）から混成の度合いが減り，Na8Ga8Ge38に比べて有効質量が増加した。その結果，キャリア移動度は減少した。

Thermoelectric materials と し て ク ラ ス レ ー ト compounds on が take り げ ら れ た had の モ デ ル と violations っ て, Ge is タ イ プ 1 ク ラ ス レ ー ト の キ ャ リ ア 伝 guide は, ホ ス ト - ホ ス ト の between hybrid orbital で は な く, ゲ ス ト - ホ ス ト の between hybrid orbital を using し て い る. Youdaoplaceholder5 たがって, そ たがって キャリア伝 キャリア伝 conduction に ゲスト ゲスト atoms <s:1> atomic orbitals が affect する. Youdaoplaceholder0 comes from <s:1> thermoelectric power ラスレ ト ト ゲスト ゲスト atom Baであった. The representative ら ら Naに is looking at る て る る. Ba の d orbitals に than べ て, Na の s の party が キ ャ リ ア に と っ て good な 伝 guide 経 road を form で き る の で は な い か と exam え て い る. High-performance materials を open 発 す る た め に, recent synthesis し た Na8Ga8Ge38 を と 発 point し て, そ の sent biological の と characteristics evaluation 価 を line っ た. 1. カ ゴ サ イ ズ raised の reduction effects: mixed crystal compound Na8Ga8Ge38 - xSix お よ び Na8Ga8Ge38 - xSnx の サ ン プ ル cropping を try み た. The former で で x=4まで, the latter で x=0.5まで permutation で た た. Youdaoplaceholder0 そ result, the lattice determination そ, それぞれ-0.3%と+0.14%だけ variation た. The, impure phase が exists in たため, キャリア mobility が increases in な な った った. 2 ホ ス ト replacement atoms の - more: ゲ ス ト - ホ ス ト の hybrid orbital の formed between に は, Ga な ど の ホ ス の replacement atoms の exist in the ト grid が not owe で あ る. 従 to の Ga か ら Al あ る い は zinc に generation え た ク ラ ス レ ー を ト compounds for making し た. Na8Al8Ge38で で, the total binding radius <s:1> is different from that of the で (Al: 126 pm, Ga: 124 pm, Ge: 121 pm) ら. The mixed <s:1> degree of combination が が increases by で, and the effective mass of Na8Ga8Ge38に slightly decreases by が compared to べて. そ れ を by け て キ ャ リ ア の mobile degrees upward が expect さ れ た が, one party で キ ャ リ ア に す seaborne る alloy scattered が slightly raised し た た め, そ う は な ら な か っ た. ま た, フ ォ ノ ン 伝 guide に す seaborne る alloy scattered が raised え た た め, lattice heat 伝 conductivity が が っ た. Youdaoplaceholder0 そ as a result, Na8Al8Ge38 そ and Na8Ga8Ge38に are higher than べて. The <s:1> dimensionless performance index ZTを shows that た た. Na8Zn4Ge42で で, the total binding radius <s:1> is different from that of <s:1> (Zn: 118 pm, Ga: 124 pm) ら, the combined <s:1> degree of <s:1> が decreases で, and the effective mass of Na8Ga8Ge38に increases by が compared to べて た. Youdaoplaceholder0 そ as a result, the キャリア mobility そ decreases by た た.

项目成果

Zn4Sb3における元素置換による通電中Zn拡散の防止

通过 Zn4Sb3 中的元素替代来防止电流应用过程中的 Zn 扩散

• 发表时间: 2022
• 作者: 高木海人;岸本堅剛;赤井光治
• 通讯作者: 赤井光治

P型タイプ8クラスレートBa8Ga16Sn30焼結体の性能改善

P型8笼形Ba8Ga16Sn30烧结体的性能改进

• 发表时间: 2022
• 作者: 岸本堅剛;赤井光治
• 通讯作者: 赤井光治