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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09229242/
• 关键词: 熱電変換材料; 焼結体; シリコン・ゲルマニウム; ビスマス・アンチモン; プラズマ粉体処理; 粒界・界面; ゼ-ベック効果; エネルギー・フィルタリング効果; 熱電変換材料; 焼結体; シリコン・ゲルマニウム; ビスマス・アンチモン; プラズマ粉体処理; 粒界・界面; ゼ-ベック効果; エネルギー・フィルタリング効果

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。

这项研究旨在通过在烧结热电转换材料的晶界和界面上形成微型功能梯度结构来改善热电性能。今年，我们对基于SIGE的热电材料和基于BISB的热电材料进行了实验。对于基于SIGE的热电材料，通过处理SIH_4等离子体中的Sige粉并烧结它，在Sige烧结的身体的晶界边界上形成了比SIGE更大的带隙的Si富层，并进行了研究，研究了由于能量过滤效应而导致的热电性能的改善。作为基于BISB的热电材料的基本研究，研究了BI粉末在AR，H_2，O_2，SBCL_3+H_2等离子体中处理，并研究了烧结体的热电特性。此外，针对O_2血浆处理的BISB进行了类似的实验。 1。关于SIH_4等血浆处理的Si_ <80> GE__ <20>烧结的身体，观察到Zebeck系数的增加，这被认为是由于能量过滤效应所抑制的低能载体的能量滤波效应，在这种效应中，由于在晶晶边界处形成的SI富含SI富含SI富含的层。 2。在O_2血浆中处理的BI烧结体在某些处理时间增加了电导率，但是Zebeck系数的变化不大。为了进行比较，发现对于使用大气中氧化的BI粉末的样品，随着氧化时间的增加而单调的电导率单调降低，并且由于血浆粉末处理而引起的电导率的增加并不是由于晶界的简单氧化而引起的。在烧结的BI__ <91> SB_9身体中也获得了相同的效果。在所有等离子体中处理的BI烧结物体的功绩的热电图超过了单晶颗粒未取向时获得的值，并且已经发现血浆粉末处理可改善BI烧结体的热电特性。