反応析出法によるナノ微粒子分散を施した環境半導体熱電変換材料の創成と高性能化

利用反应沉淀法纳米粒子分散的环境半导体热电转换材料的创建和性能改进

• 批准号: 18760551
• 负责人: 井藤 幹夫
• 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 Young Scientists (B)
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18760551/
• 关键词: 熱電変換材料; 環境半導体; 微粒子分散; 反応析出法; 金属相複合化; 熱伝導率; 比抵抗; ゼーベック係数; 熱電変換材料; 環境半導体; 微粒子分散; 反応析出法; 金属相複合化; 熱伝導率; 比抵抗; ゼーベック係数

n型β-FeSi_2熱電変換材料であるFe_<0.98>Co_<0.02>Si_2化合物を対象に,AgOあるいはCuO粉末を10〜15at.%添加し,メカニカルグラインディング(MG)処理を施すことにより,β相中へのAg相あるいはCu相およびSiO2相の微細分散化を行った場合,AgOまたはCuOとSiの間の反応析出プロセスにより,Ag,Cu,SiO_2,ε-FeSiが生成され,これらの各相がβ母相中に第2相として粒径10ナノメートル前後のナノスケールで微細分散され,熱伝導率の効果的な低減に極めて有効であることが確認されたが,一方,金属相の析出により比抵抗も大きく低減できるものの,ゼーベック係数が大きく減少した.このゼーベック係数の減少を抑制するためには副生成物である金属相のε-FeSi相量を減少させる必要があると考えられたため,これにさらにSi粉末を添加した試料の合成を試みた.その結果,ε-FeSi相の析出を完全に抑制することはできなかったものの,その析出量をある程度低減することにより,ゼーベック係数の低下を抑えることに成功した.また,ナノ分散材の減少に伴う熱伝導率の上昇はほとんど起こらないことも確かめられた.以上の結果から,Si粉末の追加添加は無次元性能指数の向上に有効であることが分かった.このように,母相となるシリサイド系材料に,SiO_2相よりも化学的に不安定なAgOやCuO相を添加しMG処理することによる反応析出プロセスが,AgやCu粉末を単純混合したMG処理に比較して,金属相のナノ微粒子分散に極めて効果的であることが明らかとなった.

当将Ag分散成Ag，Cu和SiO2相中于β相中时，通过将10至15的AGO或CUO粉末加入10至15的β相分散，或通过机械研磨（MG）处理，AGO或CUO和CUO和SI之间的反应降水过程是AGO或CUO和CUO和CUO和SI之间的反应降水过程。产生U，SIO_2，ε-FESI，并将这些相分散在纳米级的β-矩阵中，粒径约为10纳米，并被证实在降低导热率方面非常有效。但是，尽管由于金属相的沉淀，特异性可以大大降低，但塞贝克系数大大降低。为了抑制Seebeck系数的减小，使用副产品的金属相被用来抑制Seebeck系数的减小。由于人们认为有必要减少ε-FESI相的量，因此我们试图与添加的Si粉末合成样品。结果，尽管不可能完全抑制ε-FESI相的降水，但我们成功地通过在一定程度上减少沉淀量来抑制Seebeck系数。还证实，导热率的增加，纳米分散材料的降低几乎不会发生。从上面的结果中可以发现，添加Si粉有效地改善了无量纲的功绩图。因此，揭示了通过添加AGO或CUO相比SiO_2期更不稳定的反应降水过程，与基于硅化硅的材料以及接受MG处理的反应降水相对于将纳米颗粒分散在金属相中非常有效，与MG处理相比，Ag或Cu粉是简单的混合。