Defect Engineeringによるシリサイド系熱電変換材料の特性改善

通过缺陷工程改善硅化物基热电转换材料的性能

基本信息

批准号：
03F03247
负责人：
乾晴行
金额：
$ 0.77万
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 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

熱電変換材料として期待される遷移金属のシリサイドRu_2Si_3を取り上げ2元系単結晶を作製し,斜方晶の方位に依存した熱電変換特性を調べ,さらなる特性向上を目指して合金添加効果を調べた.Ru_2Si_3には冷却過程で1000℃前後に高温相(正方晶)から低温相(斜方晶)への相変態があるため,低温相の単結晶にはb軸を共有しそれを回転軸として90度結晶方位が回転した2つの方位バリアントが存在する.このため,斜方晶の主軸のうち,b軸([010])のみが独立であり,a([100]),c ([001])軸は混合されたものとなっており,[010]と[100]/[001]の2方位について特性を測定した.両方位とも300-500μV/Kの高いゼーベック係数を示し,熱伝導度も2-7 W/mKと低く良好な特性を示すが,電気抵抗が10^<-3>-10^<-1>台と高い.電気抵抗は高温では[010]方位で[100]/[001]方位のおよそ半分となり,その結果,無次元性能指数が高くなる.[010]および[100]/[001]方位の無次元性能指数の最高値は,それぞれ0.22,0.05であり更なる特性の改善が必要である.これを改善すべく,Ru_2Si_3のチムニーラダー構造のナノ制御を価電子数に着目して行った.ReはRuより価電子数が少なくn型伝導が実現する可能性があり,R_e4S_i7を形成するためRe添加に伴い金属/Si比が連続的に変化し,チムニーラダー構造の周期変化から熱電特性に変化が見込まれる.現実にRe添加に伴い異なる周期構造を持ったチムニーラダー構造が観察され,熱伝導率の低下が観察された.しかし,電気抵抗の低減は少量のRe添加では実現せず,12%以上の大量のRe添加を必要とする.

我们制备了有望用作热电转换材料的过渡金属硅化物Ru_2Si_3的二元单晶，并研究了取决于斜方晶体取向的热电转换特性，并研究了合金添加的影响，以进一步提高热电转换性能。 Ru_2Si_3在冷却过程中具有高温相（1000℃左右）。由于存在从低温相（斜方晶系）到低温相（斜方晶系）的相变，因此低温相单晶中有两种取向变体，它们共享 b 轴并将晶体取向旋转以它为旋转轴90度，因此，斜方晶体的主轴中，只有b轴（[010]）是独立的，a（[100]）、c轴。 ([001])轴是混合的，并且测量了两个方向的特性：[010]和[100]/[001]两个方向都表现出300-500μV/K的高塞贝克系数，热导率也很高。 2-7它表现出低至W/mK的良好特性，但电阻高达10^<-3>-10^<-1>。在高温下，电阻在[010]方向和[ 100]/[001]方向的结果是，无量纲品质因数变高。 [010]和[100]/[001]取向的无量纲品质因数最高值分别为0.22和0.05，需要进一步改善性能并控制价电子的数量。 Re的价电子数比Ru少，具有实现n型导电的潜力，并且金属/Si比例随着Re的添加而不断变化，形成R_e4S_i7，导致烟囱梯结构发生变化。由于周期性变化而产生的热电特性实际上，随着Re的添加，观察到具有不同周期结构的烟囱梯结构，并且观察到热导率降低，但是，少量Re添加并没有实现电阻的降低，并且降低了电阻。 12%的Re需要添加大量。