Study on Creation of Novel Clathrate Semiconductors and Their Application to Thermoelectric Materials

新型笼形半导体的制备及其在热电材料中的应用研究

基本信息

批准号：
19560713
负责人：
ANNO Hiroaki
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Tokyo University of Science, Yamaguchi
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

It is highly desired to find new materials for thermoelectric energy conversion, by which the electric power can be generated directly from an enormous amount of waste heat, toward the goal of realizing the energy conservation and environmental coexistence society. We have studied the material design and the control of the thermoelectric properties in silicon- and germanium-based clathrate semiconductors, utilizing a high degree of freedom in the cage-like crystal structure which consists of polyhedral networks (host) including guest atoms inside the voids. The novel structural manipulation and control by elemental substitutions on host lattice and guest sites cause a significant increase of the thermoelectric power due to the modifications of the electronic structure and a decrease of the lattice thermal conductivity due to the enhanced phonon scattering. The development of clathrate semiconductors on the material design found in this study will lead to the creation of novel thermoelectric materials with high conversion efficiency.

迫切需要寻找新的热电能量转换材料，将大量废热直接发电，以实现节能与环境共存的社会目标。我们研究了硅基和锗基笼形半导体的材料设计和热电性能控制，利用笼状晶体结构的高自由度，该结构由多面体网络（主体）组成，其中包括空隙内的客体原子。通过主晶格和客体位点上的元素取代进行的新颖结构操纵和控制，由于电子结构的改变而导致热电势的显着增加，并且由于声子散射的增强而导致晶格热导率的降低。本研究中发现的材料设计中的笼形半导体的发展将导致具有高转换效率的新型热电材料的产生。

项目成果

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专利数量（0）

クラスレート熱電半導体の粉末X線回折法による構造解析

使用粉末 X 射线衍射法分析笼形热电半导体的结构

DOI：
发表时间：
2010
期刊：
影响因子：
0
作者：
染井吉野;外園昌弘;中林貴大;阿武宏明
通讯作者：
阿武宏明

熱電変換技術ハンドブック(第2章熱電変換材料,2節化合物半導体,4クラスレート化合物,4.1クラスレート化合物の高温熱電特性)(監修梶川武信,編集舟橋良次,阿武宏明,鈴木亮輔,寺崎一郎,山本淳)ISBN978-4-86043-257-7

热电转换技术手册（第2章热电转换材料、第2节化合物半导体、第4节笼形化合物、4.1笼形化合物的高温热电特性）（梶川武信监修、船桥亮司、阿布弘明、铃木良介、寺崎一郎、Jun编辑）山本）ISBN978-4-86043-257-7

DOI：
发表时间：
2008
期刊：
影响因子：
0
作者：
阿武宏明;古賀健治
通讯作者：
古賀健治

Electronic Structure and Thermoelectric Properties of Si-Based Clathrate Compounds

DOI：
10.1007/s11664-009-0730-6
发表时间：
2009-03
期刊：
Journal of Electronic Materials
影响因子：
2.1
作者：
K. Koga;K. Suzuki;M. Fukamoto;Hiroaki Anno;Terumitsu Tanaka;Setsuo Yamamoto
通讯作者：
K. Koga;K. Suzuki;M. Fukamoto;Hiroaki Anno;Terumitsu Tanaka;Setsuo Yamamoto

Effect of Strontium and Europium Substitutions on Thermoelectric Properties in Silicon-Based Clathrate Compounds