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非整合フォノンブロッキング界面を導入したマンガンシリサイド系熱電材料の高効率化

通过引入非相干声子阻挡界面提高硅化锰基热电材料的效率

基本信息

批准号：
13J05741
负责人：
菊池祐太
金额：
$ 1.28万
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：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

フォノンブロッキング界面を導入したマンガンシリサイド系熱電材料の高性能化を目指し，本年度は，MnをCr等の各種遷移金属で部分置換し，熱電特性の評価を行った．置換元素は，総価電子数VECの概念から，ホールキャリア濃度を増加させる働きがあるものを選んだ．いずれの元素を置換した場合でも，固溶相の電気伝導率は向上した．また，マンガンシリサイド系熱電材料の熱電特性が最も大きくなる700K付近では，元素置換によるホールキャリア散乱の影響は小さいことが明らかになった．また，熱伝導率のフォノン寄与分は，元素置換によってフォノン散乱が増加したため，減少した．マンガンシリサイド固溶相において，元素置換は，キャリアの散乱要因とはならずにフォノンのみを散乱させる，フォノンブロッキング効果があると考えられる．さらに，4元系チムニーラダー型熱電材料の合成のために，Cr-Ge系チムニーラダー相試料の合成を行った．昨年度までは，再現性良く単相試料を合成する方法が明らかでなかったために，本年度は，多結晶体試料の合成方法と熱電特性を明らかにした．合成された試料は，VECの概念から予想されるように，熱電半導体としては，キャリア濃度の大きな化合物であることが分かった．本研究では，目標である4元系合金の合成と，フォノンブロッキング界面の制御までは至らなかった．しかし本研究を通して，4元系合金合成に向けた基礎研究を十分に達成し，加えてマンガンシリサイド相に対する元素置換は，キャリアの重大な散乱要因とはならず，フォノンのみを散乱させることを新たに見出した．

This year, the introduction of new materials at the interface of the thermoelectric materials and the evaluation of thermoelectric properties were carried out by partially replacing various migration metals such as Mn and Cr. The concept of electron number VEC of substitution element is changed, and the concentration of substitution element increases. In the case of element substitution, the electrical conductivity of solid solution phase is upward. The thermoelectric properties of thermoelectric materials are maximum at 700K, and the influence of element replacement on thermoelectric properties is small. The thermal conductivity is increased by element substitution. In the case of solid solution phase, element replacement is the main reason for the dispersion of solid solution phase. In addition, the synthesis of 4-element Cr-Ge-based thermoelectric materials was carried out. The method of synthesizing single-phase samples with good reproducibility was clarified last year, and the method of synthesizing polycrystalline samples was clarified this year. The concept of VEC is different from that of thermoelectric semiconductor. The purpose of this study is to synthesize 4-element alloys and to control the interface between them. In this paper, the fundamental research on the synthesis of 4-element alloys is very successful, and the important factors of dispersion are discussed.