プラズマ粉体処理によるミクロ傾斜機能構造を有する熱電材料セラミックスの開発

等离子粉末加工微级功能结构热电材料陶瓷的开发

基本信息

批准号：
09229242
负责人：
小柳剛
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Yamaguchi University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では,熱電変換材料焼結体の粒界・界面にミクロ傾斜機能構造を形成して,熱電性能を向上させることを目的とした。本年度は,SiGe系熱電材料とBiSb系熱電材料について実験を行った。SiGe系熱電材料については,SiGe粉体をSiH_4プラズマ中で処理を行い,それを焼結することにより,SiGe焼結体の粒界にSiGeよりバンド・ギャップの大きなSiリッチ層を設け,エネルギー・フィルタリング効果による熱電性能向上について研究を行った。BiSb系熱電材料については,その基礎的研究として,Bi粉体をAr,H_2,O_2、SbCl_3+H_2プラズマ中で処理を行い,その焼結体の熱電気的特性について研究を行った。また,O_2プラズマ処理に関しては,実用材料であるBiSbについても同様の実験を行った。1.SiH_4プラズマ処理したSi_<80>Ge_<20>焼結体に関しては,粒界に形成されたSiリッチ層によるポテンシャル障壁によって,低エネルギー・キャリアの伝導が阻害されるエネルギー・フィルタリング効果によるものと考えられるゼ-ベック係数の増大が観測された。2.O_2プラスマ中で処理したBi焼結体は,ある程度の処理時間では,電気伝導率が増加したが,ゼ-ベック係数についてはほとんど変化がなかった。比較のために,大気中で酸化させたBi粉体を用いた試料については,酸化時間の増加に伴って,単調に電気伝導率が減少し,プラズマ粉体処理による電気伝導率の増加は粒界の単純な酸化によるものでないことがわかった。また,Bi_<91>Sb_9焼結体においても,同様の効果が得られた。全てのプラズマ中で処理したBi焼結体の熱電気的性能指数は,単結晶の結晶粒が無配向したとして得られる値を越えており,プラズマ粉体処理はBi焼結体の熱電気的特性を向上させることが明らかになった。

本研究的目的是通过在烧结热电转换材料的晶界和界面处形成微分级功能结构来提高热电性能。今年，我们对SiGe基热电材料和BiSb基热电材料进行了实验。对于SiGe基热电材料，通过在SiH_4等离子体中处理SiGe粉末并对其进行烧结，在SiGe烧结体的晶界处产生带隙比SiGe更大的富Si层，并能提高热电性能。通过过滤效果来表现。作为BiSb基热电材料的基础研究，在Ar、H_2、O_2和SbCl_3+H_2等离子体中对Bi粉进行处理，研究了烧结体的热电性能。对于O_2等离子体处理，对实用材料BiSb进行了类似的实验。 1. 对于SiH_4等离子体处理的Si_<80>Ge_<20>烧结体，这是由于形成的富Si层产生的势垒抑制了低能载流子的传导的能量过滤效应观察到塞贝克系数增加，这被认为是由于这个原因。 2、O_2等离子体处理的Bi烧结体经过一定时间的处理后电导率有所增加,但塞贝克系数几乎没有变化。为了进行比较，对于使用在空气中氧化的Bi粉末的样品，电导率随着氧化时间的增加而单调降低，并且由于等离子体粉末处理而导致电导率的增加是由于颗粒的电导率的增加。发现这并不是氧化层简单氧化造成的。对于Bi_ 91 Sb_9烧结体也获得了类似的效果。所有等离子体处理的Bi烧结体的热电品质因数都超过了单晶粒未取向的情况下获得的值，并且等离子体粉末处理改善了Bi烧结体的热电品质因数。属性可以得到改善。