Fabrication of Mg2Si thermal-to-electric energy conversion device using die-casting sysnthesis method

压铸合成法制造Mg2Si热电能量转换装置

基本信息

  • 批准号:
    17360130
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 9.7万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
  • 财政年份:
    2005
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2005 至 2007
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Magnesium siliside (Mg2Si) crystals have been grown using the vertical Bridgman method in a non-wetting growth environment, achieved by the use of an anti-adhesion coating on the crucible wall. The minimized adhesion of highly reactive molten magnesium (Mg), silicon (Si) and Mg2Si permitted easy removal of the grown ingot from the crucible, and the external shape of the grown ingot followed the shape of inner wall of the crucible. The grown crystals were a single phase of polycrystalline Mg2Si. The grown crystals exhibited n-type conductivity, which could result from the residual impurities in the Mg source material used and unintentional impurity incorporation during growth. Since Mg2Si is a material candidate for thermal-to-electric energy-conversion, the thermoelectric properties such as Seebeck coefficient, electrical conductivity, and thermal conductivity, were measured as a function of temperature up to 873K. Die-casting process induced characteristics of such thermoelectric prop … More erties are discussed. The maximum dimensionless figure-of-merit was estimated to be 0.17 at 656K. Electrode materials consisting of Cu, Ti and Ni were formed on Bi-doped n-type Mg2Si by means of a monobloc plasma-activated sintering (PAS) technique. Due to the difference in thermal expansion coefficients between Ti and Mg2Si, rather high residual thermal stresses gave rise to the introduction of cracks, which were mainly located in the Mg2Si layer, when Ti was used as the electrode material. In the case of the Cu electrodes, monobloc sintering could not be performed in a reproducible manner because Cu melts abruptly and effuses at around 973K, which is 100K lower than the sintering temperature that is required for Mg2Si of good crystalline quality. When compared with the results for Cu and Ti, the monobloc PAS process for Ni was both stable and reproducible. The room-temperature I-V characteristics of Ni electrodes were considered to be adequate for practical applications, with durable Mg2Si-electrode junction properties being realized at a practical operating temperature of 600K with delta-T=500K. Less
硅化镁 (Mg2Si) 晶体是在非润湿生长环境中采用垂直布里奇曼法生长的,通过在坩埚壁上使用防粘附涂层,最大限度地减少高反应性熔融镁 (Mg)、硅的粘附。 (Si)和Mg 2 Si使得生长的锭能够容易地从坩埚中取出,并且生长的锭的外部形状遵循坩埚内壁的形状。生长的晶体是多晶 Mg2Si 的单相。生长的晶体表现出 n 型导电性,这可能是由于所使用的 Mg 源材料中残留的杂质以及生长过程中无意掺入的杂质造成的。在高达 873K 的压铸过程中,测量了热电性能(例如塞贝克系数、电导率和热导率)与温度的函数关系。讨论了这种热电特性的感应特性。在 656K 时,最大无量纲品质因数估计为 0.17。通过 Bi 掺杂的 n 型 Mg2Si 形成了由 Cu、Ti 和 Ni 组成的电极材料。整体等离子体激活烧结(PAS)技术由于Ti和Mg2Si之间的热膨胀系数不同,相当高的残余热应力导致裂纹的产生。主要位于 Mg2Si 层中,当 Ti 用作 Cu 电极时,由于 Cu 在 973K 左右突然熔化并流出,因此无法以可重复的方式进行整体烧结,该温度比 973K 低 100K。良好结晶质量的 Mg2Si 所需的烧结温度 与 Cu 和 Ti 的结果相比,Ni 的整体 PAS 工艺既稳定又可靠。 Ni 电极的室温 I-V 特性被认为足以满足实际应用的需要,在 600K 的实际工作温度(δT=500K)下实现了耐用的 Mg2Si 电极结性能。

项目成果

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专利数量(0)
Thermoelectric properties of undoped p-type CoSb_3 prepared by the vertical Bridgman crystal growth and the spark plasma sintering
垂直布里奇曼晶体生长和放电等离子体烧结制备的未掺杂p型CoSb_3的热电性能
  • DOI:
  • 发表时间:
    2006
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    M. Akasaka;T. Iida;J. Soga;N. Kato;T. Sakuma;Y. Higuchi;Y. Takanashi;M. Akasaka;M. Fukano;T.Nemoto;T.Sakuma;S.Furuyama
  • 通讯作者:
    S.Furuyama
Fabrication of Mg2Si from a Reused-silicon Source and its Thermoelectric Characteristics
再生硅源制备Mg2Si及其热电特性
The thermoelectric properties of bulk crystals of n-, p-type Mg_2Si prepared by the vertical Bridgman method
立式布里奇曼法制备n型、p型Mg_2Si块状晶体的热电性能
  • DOI:
  • 发表时间:
    2008
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    T. Matsushita;K. Nakajima;M. Suzuki;K. Kimura;A. Agarwal;H.-J. Gossmann;M. Ameen;M. Akasaka
  • 通讯作者:
    M. Akasaka
熱電変換材料およびその製造方法
热电转换材料及其制造方法
  • DOI:
  • 发表时间:
    2007
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Non-wetting crystal growth of Mg2Si by vertical Bridgman method and thermoelectric characteristics
  • DOI:
    10.1016/j.jcrysgro.2006.10.270
  • 发表时间:
    2007-06-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
    Akasaka, Masayasu;Iida, Tsutomu;Takanashi, Yoshifumi
  • 通讯作者:
    Takanashi, Yoshifumi
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