高熱電変換特性発現のための新規な複合クラスター化合物の結晶構造設計

一种具有高热电转换性能的新型复杂簇化合物的晶体结构设计

基本信息

批准号：
10F00078
负责人：
乾晴行
金额：
$ 1.22万
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：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

1. Ag添加したZnSb焼結材の合成およびキャリア濃度制御による熱電変換特性向上を試みた.その結果,すべてのAg添加材はp型伝導を示し,Ag添加量の増加とともにパワーファクターが増加した.格子熱伝導率は,Zn4Sb3と同程度に低い値を示し,熱電変換無次元性能指数ZTは670Kにおいて1.15を示すことを明らかにした.また,焼結材の圧縮強度は400MPaと高く,機械的特性も優れていることがわかった.(Bi,Sb)2Te3,充填スクッテルダイトやTAGS等の既存の熱電変換材料とのcompatibility factorも良いことがわかった.2. 組成式X9Y7Z8(X=Fe,Ru,Co,Rh,Ir;Y=Zn,Mn;Z=Sn and Sb)で表される新規ホイスラー化合物の合成を行った.X線回折およびHAADF-STEM法により結晶構造解析を行った結果,通常のハーフホイスラー化合物XYZ(Normal Half-Heusler:NHH)のユニットセルの2x2x2倍の超格子構造(Double Half-Heusler:DHH)を有することがわかった.NHH構造のユニットセル中では,4つの空孔が正四面体の頂点上に配置しているが,DHH構造は,空孔が形作る正四面体の向きが異なる2種類のNHHサブユニットが交互に積み重なったものと考えることができる.3. Co9Zn7Sb8およびCoMnSbを結ぶすべての組成領域において,DHH構造を有する4元系固溶体が形成されることがわかった.Mn組成が増加するに従って,サブユニットあたりの価電子数濃度(VEC)が16から21に増加するとともに,電気伝導特性は金属-半導体-金属遷移を示した.また同時に,強磁性半導体的な性質を示し,室温以上の高いキュリー温度を有することを明らかにした.

1.我们尝试合成添加Ag的ZnSb烧结材料，并通过控制载流子浓度来改善其热电转换性能。结果，所有添加Ag的材料均表现出p型传导，并且功率因数随着Ag含量的增加而增加。值与Zn4Sb3一样低，并且热电转换是无量纲的。结果表明，670K 时的品质因数 ZT 为 1.15。烧结材料的抗压强度也高达 400MPa，并且与现有热电转换材料（如 DITE 和 TAGS）的机械性能也优异。 2.我们合成了一种新的Heusler化合物，其组成式为X9Y7Z8（X=Fe，Ru，Co，Rh，Ir；Y=Zn，Mn；Z=Sn和Sb）。使用X射线衍射和HAADF-STEM方法进行晶体结构分析的结果，我们发现正常的半Heusler化合物XYZ（Normal研究发现，该晶胞具有比 NHH 结构晶胞大 2x2x2 倍的超晶格结构（Double Half-Heusler：DHH），但是，DHH 结构可以被认为是两种类型 NHH 的堆叠。空位形成的正四面体具有不同取向的亚基。3．研究发现，在连接Co9Zn7Sb8和CoMnSb的所有成分区域中均形成了具有DHH结构的四元固溶体。随着Mn成分的增加，每个亚基的价电子浓度（VEC）从16增加到21。随着温度的升高，导电性表现出金属-半导体-金属转变，同时还表现出铁磁半导体特性和高于室温的高居里温度。