ナトリウム内包トンネル構造を利用した室温から150℃で動作する新規熱電材料の開発

使用含钠隧道结构开发室温至150℃的新型热电材料

• 批准号: 18J11857
• 负责人: 菅野 雅博
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J11857/
• 关键词: 熱電材料; ジントル化合物; トンネル構造; 金属間化合物; 低熱伝導率

本研究の目的は，トンネル構造を有するNa-Zn-Al-Sn系化合物の熱電特性（無次元性能指数ZT （= (s^2・σ)T/κ, S:ゼーベック係数，σ:導電率，κ:熱伝導率，T:絶対温度））を明らかにすることである．そのため，各化合物の緻密焼結体を作製し，S，σ，およびκを測定することでZTを求め，熱電材料としての性能を評価した．hP-Na2ZnSn5（準安定相）のインゴットを粉砕し圧粉成型したものを523 Kで36 h加熱した．この焼成体を粉砕，圧粉成型，523 Kで36 h加熱する工程を3回繰り返すことで，tI-Na2ZnSn5（安定相）の単相試料を合成した．また，構成元素の単体とNaSnの粉末を原料とした固相反応法により，Na2+xAl2+xSn4-x(-0.24≦x≦-0.10)の単相試料を合成した．これらの試料を加圧焼結させた緻密体（相対密度97~100%）の熱電特性を評価した結果，tI-Na2ZnSn5とNa2+xAl2+xSn4-xの室温でのZTは，それぞれ1.2×10^(-4)~1.1×10^(-3)と0.15~0.40と算出された．Na2+xAl2+xSn4-xが室温で高いZTと低い格子の熱伝導率(0.38~0.44 Wm^(-1)K^(-1))を有し，室温付近で利用可能な熱電材料の母物質として優れていることが明らかにされた．Na2+xAl2+xSn4-xのAlの一部をZnで置換した固溶体を作製し，熱電特性を評価した．Snに富む原料組成の試料ほど室温のZTが高い傾向があった．Na1.72Zn0.17Al1.55Sn4.28の原料組成の緻密焼結体は，Zn置換前の試料よりも高い室温のZT(0.46)を示した．このZTの増大は，Na2+xAl2+xSn4-xのxの減少とAlのZn部分置換によりキャリア濃度と電子構造が最適化されたためと考えられた．

这项研究的目的是阐明热电特性（优异ZT的尺寸图（=（s^2・σ）T/κ，S：Seebeck的系数，σ：电导率，κ：导热率，t：绝对温度：绝对温度：绝对温度））Na-Zn-Zn-Al-SN与隧道结构的化合物的化合物。因此，制备了每种化合物的致密烧结物体，并通过测量S，σ和κ确定ZT，并评估其作为热电材料的性能。将HP-NA2ZNSN5（亚稳态相）的姜黄粉碎并压实，并在523 K中加热36小时。通过重复三次钙化体，在523 K下进行研磨，压实和加热36小时，合成了TI-NA2ZNSN5（稳定相）的单相样品。此外，使用单个成分元素和NASN粉末作为原料，通过固相反应合成了Na2+Xal2+XSN4-X（-0.24≦X≦-0.10）的Na2+Xal2+XSN4-X（-0.24≦X≦-0.10）的单相样品。由于评估了通过加压烧结这些样品而获得的致密体的热电特性（相对密度为97-100％），因此在室温下计算TI-NA2ZNSN5和Na2+XAL2+XSN4-X的ZTS的ZTS被计算为1.2×10^（ - 4）至1.1×10^（-3）和0.15^（-3）和0.15^（-3）。 Na2+XAL2+XSN4-X在室温下具有高ZT和低晶格导热率（0.38-0.44 Wm^（-1）K^（-1）），并且是可以在室温附近使用的热电材料的绝佳矩阵材料。制备了一个固定溶液，其中将Na2+XAL2+XSN4-X中Al的一部分用Zn代替，并评估热电性能。带有富含SN的原材料成分的样品往往具有较高的室温ZT。具有NA1.72ZN0.17AL1.55SN4.28的原材料组成的致密烧结的身体比Zn更换之前的样品更高的室温ZT（0.46）。 ZT的这种增加被认为是由于Na2+Xal2+XSN4-X中X的减少以及在Al中取代Zn的原因是优化了载体浓度和电子结构。

项目成果

ジントル相Na2+xAl2+xSn4－xおよびその置換固溶体の熱電特性

Zintl相Na2+xAl2+xSn4−x及其取代固溶体的热电性能

• 发表时间: 2018
• 作者: Masahiro Kanno;Takahiro Yamada;Hisanori Yamane;菅野雅博，山田高広，山根久典
• 通讯作者: 菅野雅博，山田高広，山根久典

Synthesis and Thermoelectric Properties of Na2+xAl2+xSn4－x with Disordered Na Atoms in a Tunnel Structure

隧道结构Na原子无序Na2+xAl2+xSn4－x的合成及热电性能

• 发表时间: 2019
• 作者: Masahiro Kanno;Takahiro Yamada;Hisanori Yamane
• 通讯作者: Hisanori Yamane