強電子相関系希土類-遷移金属複合酸化物熱電変換材料の創製の機能解明

强电子相关稀土-过渡金属复合氧化物热电转换材料创建的功能阐明

基本信息

批准号：
17042014
负责人：
関野徹
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Osaka 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：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

新規な熱電変換材料として複合酸化物半導体セラミックスの創製と機能化を目ざし、多様な物性を発現するd電子系遷移金属元素(Co)とf電子系希土類元素とからなる複酸化物セラミックスに関して、材料の構造を結晶、ナノおよびミクロレベルの多階層で高次制御することで優れた熱電変換特性を持つ材料の創製とその機能解明を目的とした研究を行い、電気的・熱的物性と構造との冠れについて精査して以下の成果を得た。(1)一連のReCoO_3焼結体(Re:希土類)の合成を行い、電気伝導度、熱伝導度ならびにゼーベック係数について、1000℃程度までの温度依存性を精査した。(2)高温では電気伝導度および熱伝導率いずれも上昇したが、これは高温での熱活性化キャリア成分による寄与であること、その上昇は希土類イオン半径と相関があることを示した。(3)ゼーベック係数は導電性向上に従い低下したが、800℃程度でも60-110μV/K程度の値を示し、希土類イオン半径に依存することを見いだした。(4)結晶構造、電気物性、熱伝導性は、導入する希土類イオン半径に依存した結晶構造(即ちCo-O-Co結合角)の歪みに依存し、対象性が高い程優れた特性を示すことを明らかとした。(5)複数の希土類イオンを含む固溶体を作製し、その特性を評価した結果、端成分の物性を反映した電気的性質を示すもののその傾向は系により異なり、結晶構造などと強く関連していることを示唆する結果を得た。(6)性能指数(無次元性能指数)を求め、通常の低次元コバルト酸化物系材料と異なり本材料は等方的な結晶構造であるにも関わらず比較的高い性能指数を示すこと(NdCoO_3:ZT=0.25@773K)を示し、熱電材料として期待できることを示した。

With the aim of creating and functionalizing composite oxide semiconductor ceramics as new thermoelectric conversion materials, we conducted research with the aim of creating and elucidating the functions of materials, which consist of d-electron-based transition metal elements (Co) and f-electron-based rare earth elements, which exhibit a variety of physical properties, and research was conducted with the aim of creating materials with excellent thermoelectric conversion properties and elucidating它们的功能是通过在晶体，纳米和微水平的多层中控制材料的结构。我们仔细检查了电气和热性能和结构的圆顶，并实现了以下结果。（1）合成了一系列的烧结物体（Re：稀土），并检查了电导率，导热率和Seebeck系数的温度依赖性，以确定约1000°C的温度依赖性。（2）在高温下电导率和热导率都会增加，但这是高温下热活化的载流子组件的贡献，并且上升与稀土离子半径相关。（3）尽管随着电导率的提高，塞贝克系数降低，但即使在约800°C约为800°C，发现它也约为60-110μV/k，并且发现它取决于稀土离子的半径。（4）已经揭示了晶体结构，电性能和热导率取决于晶体结构的应变（即，co-O-CO键角）取决于引入稀土离子的半径，而靶标性越高，靶标性越高，特性越好。（5）制备了包含多个稀土离子的固体溶液并评估其性能，结果表明，尽管它们表现出反映边缘成分物理特性的电性能，但趋势取决于系统的不同，并且与晶体结构密切相关。（6）确定了功绩的数字（无尺寸的绩效数字），并且与普通的低维基氧化钴基材料不同，该材料表现出相对较高的功绩图（NDCOO_3：ZT = 0.25@773K），表明可以预期它可以作为热电学材料。