圧力誘起点欠陥を活用した超低熱伝導単結晶熱電材料の創出

利用压力诱导点缺陷创建超低导热率单晶热电材料

基本信息

批准号：
22H02161
负责人：
林慶
金额：
$ 11.15万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H02161/
关键词：
点欠陥単結晶熱電材料

项目摘要

今年度の実績は以下の通りである。①Mg2X (X = Si,Ge,Sn)単結晶作製時のAr圧力を、従来の0.16 MPaより高い0.9 MPaまで上げられる高圧対応赤外線イメージ炉を導入し、同炉を用いてMg2Sn単結晶を試作した。Ar圧力は従来と同じ0.16 MPaとし、赤外線が集光する領域の大きさに合わせて原料の量を調整することで、Φ8mm×L10mmのMg2Sn単結晶を得ることができた。②n型で多結晶より高い無次元性能指数zTを示すSb置換Mg2Sn単結晶に対し、さらにBで共置換することにより、Sb置換のみの場合よりzTを向上することに成功した。これは、共置換による電気伝導率の減少を格子熱伝導率の減少が上回ったためである。③これまでp型ではGa置換Mg2Sn単結晶で多結晶よりも低い格子熱伝導率を得ていたが、ホールキャリアが少ないことが課題であった。これを解決するためにLi置換を行ったところ、Ga置換よりホールキャリアを増加することに成功した。さらにMg空孔欠陥、転位、Snリッチな析出物のマルチスケールな格子欠陥が導入され、Ga置換よりもさらに低い格子熱伝導率を得た。結果として、多結晶より高いzTを達成した。④Ar圧力0.04 MPaでMg2Ge単結晶を作製することに成功した。得られたMg2Ge単結晶にはMg空孔欠陥が存在していることを示唆する結果を得た。⑤Mg2Si単結晶にSi空孔欠陥が存在する理由を明らかにするために、電子状態計算、X線光電子分光、および光電子ホログラフィを行った。その結果、転位の位置に酸素が入り込み、Si空孔欠陥の形成を安定化している可能性が明らかになった。

今年的结果如下：1）高压红外成像炉能够在MG2X（X = SI，GE，SN）单晶体生产过程中增加AR压力至0.9 MPa，比传统的0.16 MPa高，并使用燃料层原型，高于常规的0.16 MPa，并使用MG2SN单晶产生。 AR压力与以前相同，并通过调节适合浓缩红外光的区域的原料量，从而获得了单个φ8mmx L10mm的MG2SN的尺寸。 2）通过与多晶体相比，通过共同建立的SB取代的MG2SN单晶体具有N型，其优异ZT的无量纲数字更高，我们成功地改善了ZT，而在共同成立的情况下仅通过CO-SBSTETUDED B替代SB。这是由Latte-Sydigh themub降低的降低，因为链型导电率降低了电源的降低。 3。先前，p型Ga取代的MG2SN单晶体的晶状体导热率比多晶型较低，但问题在于，孔载体较少。为了解决这个问题，进行了LI替代，与GA替代相比，孔载体的数量成功增加。此外，引入了MG孔缺陷，位错和富含SN的沉淀物的多尺度晶格缺陷，导致晶格导热率低于GA取代。结果，达到了高于多晶的ZT。 ④我们在0.04 MPa的AR压力下成功制造了MG2GE单晶。结果表明MG2GE单晶具有MG空隙缺陷。 ⑤为了阐明MG2SI单晶存在SI空缺缺陷的原因，进行了电子状态计算，X射线光电光谱和光电全息图。结果，发现氧可以进入位错的位置，从而稳定SI空缺缺陷的形成。

项目成果

期刊论文数量（12）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Point Defects and Thermoelectric Properties of Melt‐grown Mg2Ge Single Crystals

熔融生长Mg2Ge单晶的点缺陷和热电性能

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
H. Takeuchi;Z. Huang;K. Hayashi;and Y. Miyazaki
通讯作者：
and Y. Miyazaki

有力な熱電材料マグネシウムスズ化合物のp型性能で記録更新

镁锡化合物的破纪录p型性能，一种强大的热电材料

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Mg2Sn単結晶の点欠陥・線欠陥に対する化学的圧力の効果

化学压力对Mg2Sn单晶点缺陷和线缺陷的影响

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
日本熱電学会誌
影响因子：
0
作者：
○木村周慈;江原巧;宮田潔志;米田勇祐;倉持光;谷洋介;恩田健;林慶
通讯作者：
林慶

Enhancement of thermoelectric performance of Mg<sub>2</sub>Sn single crystals via lattice-defect engineering

通过晶格缺陷工程增强Mg<sub>2</sub>Sn单晶的热电性能

DOI：
10.11470/jsaprev.220403
发表时间：
2022
期刊：
JSAP Review
影响因子：
0
作者：
Huang Zhicheng;Hayashi Kei;Saito Wataru;Pei Jun;Li Jing-Feng;Miyazaki Yuzuru;Hayashi Kei
通讯作者：
Hayashi Kei

熱電発電の実用化に向けた格子欠陥含有単結晶の開発

开发含有晶格缺陷的单晶，用于热电发电的实用化

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
アグリバイオ
影响因子：
0
作者：
Huang Zhicheng;Hayashi Kei;Saito Wataru;Pei Jun;Li Jing-Feng;Miyazaki Yuzuru;Hayashi Kei;林慶
通讯作者：
林慶

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通讯作者：
谷口日向，中野武雄，大家　渓，長尾昌善，大崎　壽，村上勝久