鳥取大学研究シーズ集
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エネルギー
材質制御によるBi2Te3系熱電変換材料の高性能化
研究者
陳 中春(工学研究科 機械宇宙工学専攻 教授)
キーワード
熱電変換材料、粉末冶金、押出し成形、配向性、結晶粒微細化
概要
熱電変換は、材料のもつ熱電効果を利用して、熱から電気を、電気から熱を取り出すことができる現象。つまり、熱と電気を直接変換するエネルギー変換方式です。私どもの研究室では、温泉熱発電や冷却・精密温度制御の電子機器に利用されているBi2Te3系素子材料の新しい作製プロセスの開発及びその高性能化について研究を行っています。このBi2Te3系熱電材料は層状の結晶構造を有するため、非常に異方性の高い材料です。本研究では結晶粒の微細化および結晶の配向性付与が可能なメカニカルアロイング(MA)と熱間押出しを組み合わせるプロセスを提案し、高い熱電性能・機械的性質と生産性の両立を目指しています。本手法により、図2に示すような微細な結晶粒を有し、かつ結晶方位が配向している組織が得られています。
概要図
優位性(従来・競合技術との比較)
・圧粉体から熱間押出し工程により製品の成形が出来るので、長尺材の製造が可能となり、低コストかつ高い生産性を有しています。
・押出し製品には、配向性が付与されていますので、異方性の高い熱電材料の高性能化が可能です。
・通常の溶融凝固法と比較して、本手法では結晶粒が微細化されますので、熱電性能の向上のみならず機械的性質の改善も可能となります。
応用分野
・温泉熱やボイラーの廃熱を利用した発電システム
・電子部品等の局所冷却や温度制御
関連論文
・Z.-L. Wang, K. Matsuoka, T. Araki, T. Akao, T. Onda, Z.-C. Chen,“Extrusion behavior and thermoelectric properties of Bi2Te2.85Se0.15 thermoelectric materials”, Procedia Engineering Vol.81 (2014) pp. 616-621.(DOI: 10.1016/j.proeng.2014.10.049)
・Y. Nagami, K. Matsuoka, T. Akao, T. Onda, T. Hayashi, and Z.-C. Chen, “Preparation and Characterization of Bi0.4Sb1.6Te3 Bulk Thermoelectric Materials”, Journal of Electronic Materials, Vol. 43 [6], (2014) pp. 2262-2268. (DOI 10.1007/s11664-014-3038-0)
・T. Akao, Y. Fujiwara, Y. Tarui, T. Onda, and Z.-C. Chen, “Fabrication of Zn4Sb3 Bulk Thermoelectric Materials Reinforced with SiC Whisker”, Journal of Electronic Materials, Vol. 43 [6], (2014) pp.2047-2052. (DOI 10.1007/s11664-013-2946-8)
その他の関連研究内容
・n型Bi-Te-Se熱電変換材料の組織制御と高性能化
・中温廃熱を利用可能なZn4Sb3系熱電変換材料の第二相添加による強靱化
・金属基またはセラミックス基複合材料のIn-situ反応合成
・カーボンナノファイバー強化したアルミニウム基複合材料の押出し成形
・省資源型二相ステンレス鋳鋼の開発
・新規抗ウイルス性セラミックス材料の創製および耐久性の向上
・超音波センサ用圧電セラミックスの組織評価
保有研究装置
熱電変換特性測定装置(ZEM-3) ・走査型電子顕微鏡(SEM) ・透過型電子顕微鏡(TEM) ・電子線プローブ微小分析装置(EPMA) ・X線回折装置 ・金属顕微鏡 ・雰囲気制御電気炉 ・万能試験機 ・ビッカース硬度計 ・TG-DTA装置 ・放電プラズマ焼結装置
参考資料ダウンロード
シーズPDF
鳥取大学ビジネス交流会配付資料
参考URL
研究者詳細
担当CD
産学・地域連携推進機構 コーディネーター  水根 正人
連絡先
E-MAIL:mizune@cjrd.tottori-u.ac.jp 電話:0857-31-5546
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