3次元原子クラスターを有する金属間化合物のクラスター形状と特異な熱電特性の相関

三维原子团簇金属间化合物团簇形状与独特热电性能的相关性

• 批准号: 03J50551
• 负责人: 岡本 範彦
• 金额: $ 1.66万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03J50551/
• 关键词: クラスレート化合物; 熱電変換材料; 格子熱伝導率; 放射光粉末X線回折; リートベルト解析; スプリットサイトモデル; 非調和性; 熱電材料; 電荷補償性; 原子変位パラメーター; 空孔; 超格子構造; 高分解能透過型電子顕微鏡

実用熱電変換材料として有望視されているBa-Ga-Ge系type-Iおよびtype-IIIクラスレート化合物の詳細な結晶構造解析,および熱電変換特性の測定を行い,内包金属原子の熱振動挙動と格子熱伝導率低減に関する考察を行った.結晶構造解析には,SPring-8の放射光を線源とした粉末X線回折法を用い,電気抵抗率測定には四探針定常法を,熱伝導率測定には定常法とレーザーフラッシュ法を用いた.リートベルト解析を行うことにより,type-Iクラスレート化合物ではBa原子を内包している14面体ケージ構造がGa添加量の増加とともに一様に膨張するのに対して,type-IIIクラスレート化合物では,Ga添加に伴って変形12面体ケージ構造がx軸方向に伸び,異方的に変形することがわかった.スプリットサイトモデルを内包Ba原子サイトに適用することにより,type-Iクラスレート化合物では6dサイトから24jサイトに,y-z平面上で4つに分裂する一方で,type-IIIクラスレート化合物では12dサイトから24eサイトにx軸方向に2つに分裂することが明らかになった.この内包Ba原子サイトの分裂幅は,いずれの構造タイプにおいてもGa添加量の増加とともに増加し,それを内包している多面体ケージ構造の形状や大きさの変化に対応している.スプリットサイトモデルにより得られた内包原子サイトの分裂幅と格子熱伝導率の間に負の相関があることを見出し,内包原子サイトの分裂幅がその結晶ポテンシャルの非調和性に対応するパラメーターであることを明らかにした.スプリットサイトモデルを適用した結晶構造解析を行うことにより,その分裂幅から格子熱伝導率の低減を予測できることを提示した.

BA-GA-GE类型I和III型外层化合物的详细晶体结构分析，被认为是有前途的实际热电转换材料，并测量了热电转换性能，并检查了热电转换性能，并检查了热电转换性能。为了进行晶体结构分析，使用Spring-8的同步辐射源使用X射线粉末衍射方法，并将四探针稳态方法用于电阻率测量，并且使用稳态方法和激光闪光法进行热导率测量。 Rietveld分析表明，在I型杂质中，包含BA原子的1个笼子结构随着GA的添加增加而均匀扩展，而在I型I型线酸化合物中，X-轴方向和Anisotropic Fordormation in type-I lathrate化合物中，随着GA的添加而扩展。拆分站点模型适用于封装的BA原子位点。通过使用此功能，揭示了I型杂质化合物在Y-Z平面上分为四个部分，而III型杂质化合物则将化合物分为从12D位点到24E位点的X轴方向的两个部分。在两种结构类型中，封装的BA原子位点的拆分宽度随添加的GA的增加而增加，并且对应于封装它的多面体笼结构的形状和大小的变化。我们发现，封装原子位点的裂开宽度与通过拆分位点模型获得的晶格导热率之间存在负相关，并揭示了封装的原子位点的拆分宽度是一个与其晶体电位的非态性相对应的参数。通过使用拆分位点模型进行晶体结构分析，我们提出可以从分裂宽度预测晶格导热率的降低。

项目成果

High thermoelectric properties of the type-III clathrate compounds in the Ba-Ge-Ga system

Ba-Ge-Ga体系中III型笼形化合物的高热电性能

• 发表时间: 2006
• 期刊: Acta Materialia 印刷中
• 作者: Jung-Hwan Kim;Norihiko L.Okamoto;Kyosuke Kishida;Katsushi Tanaka;Haruyuki Inui
• 通讯作者: Haruyuki Inui

M.W.Oh, J.-J.Gu, K.Kuwabara, N.L.Okamoto, H.Inui, M.-H.Oh, D.-M.Wee: "Effects of alloying elements on thermoelectric properties of ReSi_<1.75>"MRS Symposium Proceedings. 793. (2004)

M.W.Oh、J.-J.Gu、K.Kuwabara、N.L.Okamoto、H.Inui、M.-H.Oh、D.-M.Wee：“合金元素对 ReSi_<1.75> 热电性能的影响”MRS

熱電変換材料

热电转换材料

• 发表时间: 2007

N.L.Okamoto, T.Nishii, M.W.Oh, H.Inui: "Structural analysis and thermoelectric properties of Type-I clathrate compounds in the Ba-Ge-Ga system"MRS Symposium Proceedings. 793. (2004)

N.L.Okamoto、T.Nishii、M.W.Oh、H.Inui：“Ba-Ge-Ga 系统中 I 型笼形化合物的结构分析和热电性质”MRS 研讨会论文集。

Effects of Ga- and In-doping on the thermoelectric properties in Ba-Ge clathrate compounds

Ga和In掺杂对Ba-Ge笼形化合物热电性能的影响

• 发表时间: 2005
• 期刊: Material Research Society Symposium Proceedings 842(掲載予定)
• 作者: Norihiko L.Okamoto;Haruyuki Inui
• 通讯作者: Haruyuki Inui