傾斜機能化・ホッピング伝導複合型PbTe系熱電変換材料の創製

キャリア濃度傾斜化(FGM 化)とホッピング伝導を複合化した熱電素子の実現のための基礎的研究として、n型PbTe系溶製材料と焼結体について熱電特性の熱的安定性と経時変化抑制方法の検討および実用組成材料の性能指数の温度依存性を評価した。その結果、703Kにおいてすでに溶製材料と焼結体で比抵抗に温度履歴が現れ、昇温により低減することがわかった。この現象は焼結体の方が顕著に現れることから結晶粒界の体積との関係が示唆されたが、X線回折による同定結果から第2相の析出や酸化による影響は確認されなかった。真空封入された密封容器内において793K、8.64×10^4s(24時間)の熱処理を施した溶製材料、焼結体とも比抵抗、キャリア濃度にほとんど変化が見られなかったことから、熱電素子としてPbTeを用いるに当たり、真空封入した密封容器内で使用することが熱電特性の経時変化の抑制には有効であることを指摘した。n型PbTe熱電素子として実用組成である3×10^<25>m^<-3>付近のキャリア濃度をもつ溶製材料では、熱伝導率の格子成分がT^1の温度依存性をもつことを明らかにした。この関係を用い、熱電性能指数Zを見積もった結果、700Kで1.1×10^<-3>K^<-1>に達し、複合化素子の材料設計にあたり高温側の最大キャリア濃度としての指針を定めた。さらに昇華法により、PbI_2添加n型PbTe単結晶を育成するための条件を見出した。得られた育成結晶は高移動度であることが期待され、焼結体用出発材料やFGMか素子としても有望であることを示した。

キャリア濃度傾斜化(FGM 化)とホッピング伝導を複合化した熱電素子の実現のための基礎的研究として、n型PbTe系溶製材料と焼結体について熱電特性の熱的安定性と経時変化抑制方法の検討および実用組成材料の性能指数の温度依存性を評価した。その結果、703Kにおいてすでに溶製材料と焼結体で比抵抗に温度履歴が現れ、昇温により低減することがわかった。この現象は焼結体の方が顕著に現れることから結晶粒界の体積との関係が示唆されたが、X線回折による同定結果から第2相の析出や酸化による影響は確認されなかった。真空封入された密封容器内において793K、8.64×10^4s(24時間)の熱処理を施した溶製材料、焼結体とも比抵抗、キャリア濃度にほとんど変化が見られなかったことから、熱電素子としてPbTeを用いるに当たり、真空封入した密封容器内で使用することが熱電特性の経時変化の抑制には有効であることを指摘した。n型PbTe熱電素子として実用組成である3×10^<25>m^<-3>付近のキャリア濃度をもつ溶製材料では、熱伝導率の格子成分がT^1の温度依存性をもつことを明らかにした。この関係を用い、熱電性能指数Zを見積もった結果、700Kで1.1×10^<-3>K^<-1>に達し、複合化素子の材料設計にあたり高温側の最大キャリア濃度としての指針を定めた。さらに昇華法により、PbI_2添加n型PbTe単結晶を育成するための条件を見出した。得られた育成結晶は高移動度であることが期待され、焼結体用出発材料やFGMか素子としても有望であることを示した。