Public Release: 

持続可能な社会に向けた新熱電材料の開発

新規熱電材料CaMgSiの初合成

Toyohashi University of Technology

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IMAGE: Schematic illustration of the atomic structure of the synthesized CaMgSi determined by X-ray diffraction. view more

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「熱電材料」はゼーベック効果により熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換可能なクリーンで環境適応性が高い発電材料です.しかし,ほとんどの熱電材料が有害元素や高価な元素を含むため,応用例は限られています.

そのような現状の中で,豊橋技術科学大学と名古屋工業大学の研究チームは「CaMgSi金属間化合物」という新規な熱電材料の開発に成功しました.この新規熱電材料CaMgSiの開発のキーとなる技術に,材料作製技術があります.本研究では,メカニカルボールミリング法とパルス電流焼結法を組み合わせた作製技術が採用されています.

CaMgSiに熱電特性があろうことは,理論・実験の両研究からも予想は出来ていましたが,この研究の一番の問題は如何に単体のCaMgSiを熱電材料に足る大きさで作製するかでした.と言う.金属間化合物のような合金の作製は,それぞれの元素を溶かして液体状態混ぜ合わせる溶製法を用いるのが一般的です.しかしCaMgSiでは,温度をSiの融点はMgの沸点を超えており,3元素の液体状態を同時に得ることが出来ません.

この問題を克服するために,メカニカルボールミリングにより各元素を溶解させること無く機械的に混合した後に,パルス電流焼結により化合物形成反応を促すことでCaMgSiを作製する方法を編み出しました

その結果,充分な大きさのCaMgSi金属間化合物の作製に成功しました.作製したCaMgSiは過去に開発されたMg系熱電材料に匹敵する特性を示しました.今後の研究で,第4元素を添加したCaMgSiを作製することによって.より優れた熱電特性が発現する可能性があります.さらに,CaMgSiの組成を少し変更するだけで,p型,n型の導電性を有するよう容易に制御できることが明らかになりました.この特性は,実際のモジュールへ応用する際に重要となります.

CaMgSiは,軽量で元素のみで構成されていることから,その密度は2.2g/cm3と小さいことも特徴です.従って,エンジン部等からの排熱を再利用する発電デバイスを自動車に搭載することが将来の応用先として考えられます.

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