JP2000012915A - Thermoelectric conversion material - Google Patents

Thermoelectric conversion material

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JP2000012915A
JP2000012915A JP10174642A JP17464298A JP2000012915A JP 2000012915 A JP2000012915 A JP 2000012915A JP 10174642 A JP10174642 A JP 10174642A JP 17464298 A JP17464298 A JP 17464298A JP 2000012915 A JP2000012915 A JP 2000012915A
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JP
Japan
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thermoelectric conversion
zno
oxide
conversion material
conductivity
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JP10174642A
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Japanese (ja)
Inventor
Kunihito Kawamoto
邦仁 河本
Motoyoshi Jo
元善 徐
Shinya Ozawa
慎也 小沢
Riyuusuke Kamiyama
竜祐 上山
Kazuyuki Kamata
和行 鎌田
Mamoru Kamiyama
守 上山
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Daiken Kagaku Kogyo KK
Original Assignee
Daiken Kagaku Kogyo KK
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain stable and excellent thermoelectric conversion performance, even in a high-temperature range by using as a thermoelectric conversion material an oxide in which the composition ratio of Zn to In is within a specific range of mol ratio of ZnO/In2O3. SOLUTION: This thermoelectric conversion material is a Zn-In-O-based oxide, and the composition ratio of Zn to In is 5-19 of Zn/In2O3 molar ratio. Although the compound ratio of Zn to In may be set appropriately according to application of the final product, however, it is normally around 5-19 of Zn/In2 O2, preferably 5-7 in molar ratio. In this case, an superior thermoelectric conversion performance can be developed especially within the range of molar ratio. Namely, since the deterioration due to oxidization and there is no possibility of the vapolization of constituent elements to occur and the thermoelectromotive force is stable and large in the high-temperature range, its thermoelectric conversion performance in the high-temperature range is satisfactory. In other words, even if the thermoelectric conversion material is used in the high-temperature range, deterioration in the thermoelectric conversion characteristics due to oxidization hardly occurs, as in a selenide compound, telluride compound, etc.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、新規な熱電変換材
料に関する。
[0001] The present invention relates to a novel thermoelectric conversion material.

【0002】[0002]

【従来技術】異なる二つの物質を接合し、二箇所の接合
部を有する閉回路を形成し、一方の接合部を加熱すると
ともに他方を冷却すると、両物質の種類の違い及び温度
差に基づき起電力が発生する(ゼーベック効果)。上記
閉回路を開き、外部から直流電流を通電すると、一方の
接合部は熱を吸収し、他方の接合部では熱を発生する
(ペルチェ効果)。さらに、均質な物質の両端に温度差
をつくり、この温度勾配に沿って電流を流すと、物質内
で熱の吸収又は発生が起こる(トムソン効果)。
2. Description of the Related Art When two different materials are joined to form a closed circuit having two joints, one of the joints is heated and the other is cooled, and the two materials are heated based on the difference between the types of the two materials and the temperature difference. Electric power is generated (Seebeck effect). When the closed circuit is opened and a direct current is applied from the outside, one of the joints absorbs heat and the other joint generates heat (Peltier effect). Furthermore, when a temperature difference is created between both ends of a homogeneous substance and an electric current flows along this temperature gradient, heat absorption or generation occurs in the substance (Thomson effect).

【0003】これらゼーベック効果、ペルチェ効果、ト
ムソン効果等は、熱電変換効果と総称されるものであ
り、いずれの現象も可逆性である。すなわち、熱伝導、
ジュール効果(物質内に電流を流すと物質に固有の電気
抵抗に起因して発熱(ジュール熱)を起こす現象)等の
ような非可逆現象とは対象的なものである。
[0003] These Seebeck effect, Peltier effect, Thomson effect and the like are collectively referred to as thermoelectric conversion effects, and all phenomena are reversible. That is, heat conduction,
Irreversible phenomena such as the Joule effect (a phenomenon that generates heat (Joule heat) due to an electric resistance inherent to a substance when an electric current flows through the substance) and the like are to be considered.

【0004】これらの可逆現象と非可逆現象とを組み合
わせると熱電発電、熱電冷却等が可能となる。このた
め、熱電変換現象を生じる熱電変換材料は、熱電発電、
熱電冷却等を利用する分野においてその研究・開発が盛
んに行われている。
When these reversible phenomena and irreversible phenomena are combined, thermoelectric power generation, thermoelectric cooling, and the like become possible. For this reason, the thermoelectric conversion material that generates the thermoelectric conversion phenomenon is thermoelectric power generation,
Research and development have been actively conducted in the field of utilizing thermoelectric cooling and the like.

【0005】例えば、近年においては、地球環境問題か
らフロン化合物の使用規制が厳しくなっているが、この
規制をクリアーするために冷凍・冷蔵機器あるいは暖房
機器の構造の複雑化が強いられており、機器の小型化等
の障害となっている。このため、熱電変換材料の活用が
これらの問題を一挙に解決できる切り札として脚光を浴
びつつある。また、産業廃棄物等の増加に伴い、これら
焼却廃熱の有効利用が課題となっている。これらの廃熱
利用に関し、特に100℃前後の比較的低温の廃熱から
800℃以上の高温廃熱まで極めて広い温度領域にわた
って利用できる熱電変換材料の開発も急務とされてい
る。
[0005] For example, in recent years, regulations on the use of CFCs have become stricter due to global environmental problems. In order to clear these regulations, the structure of refrigeration / refrigeration equipment or heating equipment has become more complicated. This is an obstacle to downsizing the equipment. For this reason, utilization of thermoelectric conversion materials is attracting attention as a trump card that can solve these problems at once. In addition, with the increase of industrial wastes and the like, effective use of these incineration waste heats has become an issue. With regard to the utilization of these waste heats, there is also an urgent need to develop thermoelectric conversion materials that can be used over an extremely wide temperature range, from relatively low temperature waste heat of about 100 ° C. to high temperature waste heat of 800 ° C. or more.

【0006】従来からの熱電変換素子に用いられている
熱電変換材料として代表的な組成としては、Bi、S
b、Te、Se等を主構成成分とするテルライド化合物
又はセレナイド化合物、あるいはCu、Sn、S等を主
構成成分とする組成物がある。Bi−Sb−Te−Se
系では、例えば特開平5−48152号公報、特開平5
−155625号公報、特開平5−206525号公
報、特開平6−21518号公報、特開平6−8533
3号公報、特開平6−97513号公報、特開平6−1
07407号公報、特開平6−140674号公報、特
開平6−216414号公報、特開平6−216415
号公報、特開平6−231018号公報、特開平6−3
02866号公報、特開平7−273374号公報、特
開平7−211945号公報、特開平7−283442
号公報、特開平8−306970号公報、特開平9−1
8060号公報、特開平9−18061号公報、特開平
9−36440号公報等で開示されたものがあり、これ
らは単独のまま又は複合化したり、あるいは導電成分を
添加して利用されている。Cu−Sn−S系では、例え
ば特開平8−78733号公報等で開示されたものがあ
る。またZn−Al−O系では、例えば特開平8−18
6293号公報、特開平8ー204240号公報等に開
示されたものがある。
[0006] As typical thermoelectric conversion materials used in conventional thermoelectric conversion elements, typical compositions are Bi and S.
There are telluride compounds or selenide compounds containing b, Te, Se or the like as a main component, or compositions containing Cu, Sn, S or the like as a main component. Bi-Sb-Te-Se
In the system, for example, JP-A-5-48152, JP-A-5-48152
-155625, JP-A-5-206525, JP-A-6-21518, JP-A-6-8533
No. 3, JP-A-6-97513, and JP-A-6-1
JP-A-07407, JP-A-6-140675, JP-A-6-216414, JP-A-6-216415
JP, JP-A-6-231018, JP-A-6-33-1
02866, JP-A-7-273374, JP-A-7-21945, JP-A-7-283442
JP-A-8-306970, JP-A-9-1970
Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 8060, 9-18061, 9-36440, etc., which are used singly or in combination, or added with a conductive component. Among Cu-Sn-S-based materials, there is one disclosed in, for example, JP-A-8-78733. Further, in the case of Zn-Al-O system, for example,
No. 6,293, JP-A-8-204240 and the like.

【0007】さらに、Fe、Mo、Co、Ge等を含む
Si化合物としては、例えば特開平5−152613号
公報、特開平5−283751号公報、特開平5−31
5655号公報、特開平5−343148号公報、特開
平6−37360号公報、特開平6−69548号公
報、特開平6−169110号公報、特開平6−177
436号公報、特開平6−204571号公報、特開平
6−244465号公報、特開平6−334226号公
報、特開平6−350142号公報、特開平7−458
69号公報、特開平7−45870号公報、特開平7−
48116号公報、特開平7−216401号公報、特
開平8−56020号公報、特開平8−18108号公
報、特開平8−74380号公報、特開平8−1393
69号公報、特開平8−172223号公報、特開平8
−236817号公報、特開平8−288556号公
報、特開平8−306963号公報等に開示されたもの
がある。
Further, as Si compounds containing Fe, Mo, Co, Ge, etc., for example, JP-A-5-152613, JP-A-5-283751, JP-A-5-31
5655, JP-A-5-343148, JP-A-6-37360, JP-A-6-69548, JP-A-6-169110, JP-A-6-177
436, JP-A-6-204571, JP-A-6-244465, JP-A-6-334226, JP-A-6-350142, JP-A-7-458
No. 69, JP-A-7-45870, JP-A-7-
48116, JP-A-7-216401, JP-A-8-56020, JP-A-8-18108, JP-A-8-74380, JP-A-8-1393
69, JP-A-8-172223, JP-A-8-172223
JP-A-236817, JP-A-8-288556, JP-A-8-306696, and the like.

【0008】また、Co、Sb等の化合物としては、例
えば特開平8−186294号公報等に開示されたもの
がある。SrO、BaO、TiO2等を主構成成分とす
る複合酸化物としては、例えば特開平5−129667
号公報、特開平5−218511号公報、特開平8−2
31223号公報等に開示されたものがある。
[0008] Examples of compounds such as Co and Sb include those disclosed in, for example, JP-A-8-186294. Examples of composite oxides containing SrO, BaO, TiO 2 and the like as main constituents include, for example, JP-A-5-129667.
JP, JP-A-5-218511, JP-A-8-2
There is one disclosed in, for example, Japanese Patent No. 31223.

【0009】ところで、熱電変換材料の熱電変換性能
は、一般に下式(1)で見積もられる性能指数Z(単
位:K-1)、あるいは下式(2)で示される出力因子
(単位:W/mK)によって評価される。これらの値が
大きいほど熱電変換性能に優れている。
The thermoelectric conversion performance of a thermoelectric conversion material is generally expressed by a performance index Z (unit: K −1 ) estimated by the following equation (1) or an output factor (unit: W / mK). The larger these values are, the better the thermoelectric conversion performance is.

【0010】性能指数:Z=α2・σ/k …(1) 出力因子:log(α2・σ) …(2) (但し、αは熱起電率(単位:μv/k)、σは電気伝
導率(単位:mΩ-1)、kは熱伝導率(単位:W/m
k)である。) 従って、優れた熱電変換性能を有する熱電変換材料を得
るためには、理論上は熱起電率αと電気伝導率σが大き
く、熱伝導率kの小さな材料を選べば良いことになる。
しかし、一般に金属を主成分とする熱電変換材料におい
ては、熱伝導率kと電気伝導率σとの比は一定の温度下
では金属種によらず一定値になるというウィーデマン−
フランツの法則が成立することから、単に金属種を選択
するだけでは優れた熱電変換性能を得ることはできな
い。
Performance index: Z = α 2 · σ / k (1) Output factor: log (α 2 · σ) (2) (where α is the thermoelectric coefficient (unit: μv / k), σ Is electrical conductivity (unit: mΩ -1 ), and k is thermal conductivity (unit: W / m)
k). Therefore, in order to obtain a thermoelectric conversion material having excellent thermoelectric conversion performance, it is theoretically sufficient to select a material having a high thermoelectric coefficient α and an electric conductivity σ and a small heat conductivity k.
However, in general, in a thermoelectric conversion material containing a metal as a main component, the ratio between the thermal conductivity k and the electrical conductivity σ has a constant value at a constant temperature regardless of the type of metal.
Since Franz's law holds, excellent thermoelectric conversion performance cannot be obtained simply by selecting the metal species.

【0011】これに対し、半導体材料では、上記法則が
必ずしも成り立たない。従って、電気伝導率は大きく、
熱伝導率が小さい材料を開発することは不可能ではな
く、例えば熱起電率の値が金属材料のそれに比べて10
倍〜数百倍も大きなものも開発可能である。このため、
熱電変換材料として半導体材料の研究が盛んに行われて
おり、実際に今までも新材料が種々開発されている。
On the other hand, the above rule does not always hold for semiconductor materials. Therefore, the electrical conductivity is large,
It is not impossible to develop a material with a low thermal conductivity, for example, a thermoelectric value of 10
It is possible to develop a product that is twice to several hundred times larger. For this reason,
Semiconductor materials have been actively studied as thermoelectric conversion materials, and various new materials have been actually developed.

【0012】例えば、高温発電用としてFe、あるいは
Co、Mo等を構成元素とするシリサイド等がある。ま
た、カルコゲナイト系材料では、Bi2Te3、Sb2
3、PbTe、GeTe等の室温付近で顕著な熱電変
換性能を示し、しかも性能指数Zの値が10-3を超える
ものもある。さらに、Cu−Sn−Sを主構成成分とす
る合金に半導体特性をもつCu4SnS4と高い電気伝導
率を有するCuとを共存させた熱電変換材料がある。さ
らには、チタン酸化物とストロンチウム酸化物を主要構
成成分とする酸化物系化合物を還元剤の存在下で水素を
含む還元性ガス雰囲気中で熱処理して還元し、酸素欠陥
を導入した電気伝導度100s/cm以上の熱電変換材
料も提案されている。
For example, there is a silicide containing Fe, Co, Mo or the like as a constituent element for high-temperature power generation. Further, in the chalcogenite-based materials, Bi 2 Te 3 , Sb 2 T
Some of them exhibit remarkable thermoelectric conversion performance near room temperature, such as e 3 , PbTe, GeTe, etc., and the value of the performance index Z exceeds 10 −3 . Furthermore, there is a thermoelectric conversion material in which Cu 4 SnS 4 having semiconductor properties and Cu having high electric conductivity coexist in an alloy containing Cu—Sn—S as a main component. In addition, an oxide-based compound containing titanium oxide and strontium oxide as main components is reduced by heat treatment in a reducing gas atmosphere containing hydrogen in the presence of a reducing agent to reduce the electrical conductivity by introducing oxygen vacancies. Thermoelectric conversion materials of 100 s / cm or more have also been proposed.

【0013】このように、熱電変換材料としては多岐組
成にわたり非常に多くの材料が従来から開発されている
が、その熱電変換性能あるいは他の物性については寿命
特性等も含めて必ずしも十分なものとは言えない。例え
ば、Bi−Sb−Te系材料、Bi−Sb−Te−Se
系材料等は、非常に脆く硬くて機械加工性に乏しい。
As described above, a great number of thermoelectric conversion materials have been developed in a wide variety of compositions, but their thermoelectric conversion performance and other physical properties are not necessarily sufficient including life characteristics. I can't say. For example, Bi-Sb-Te-based material, Bi-Sb-Te-Se
The system materials and the like are very brittle and hard and have poor machinability.

【0014】熱電変換素子としては、通常数mm角のも
のが用いられていたが、ここ十年来薄型化が進み、数1
0〜数100μmの厚さのものがより性能を高めるのに
有効であることが確認されている。すなわち、従来のも
のよりも小型化かつ薄型化することが高性能化に必要不
可欠である(電気通信学会論文誌C-II J-75C-II (8)416
-424(1975))。
As the thermoelectric conversion element, one having a size of several mm square is usually used.
It has been confirmed that those having a thickness of 0 to several hundreds μm are effective for further enhancing the performance. In other words, miniaturization and thinning are indispensable for higher performance than conventional ones (Transactions of the Institute of Telecommunications, C-II J-75C-II (8) 416
-424 (1975)).

【0015】また、従来では数10素子対を1cm2
に収納して1モジュールとしたものが一般的であった
が、温度差を利用する発電素子では起電力が素子対の数
に比例することから、取り出す電力の電圧を高めるため
により多く素子対を直列に接続することが最重要事項に
なっている。
In the prior art, several tens of element pairs are generally housed in 1 cm 2 to form one module. However, in a power generation element utilizing a temperature difference, the electromotive force is proportional to the number of element pairs. Therefore, it is of paramount importance to connect more pairs of elements in series in order to increase the voltage of the power to be extracted.

【0016】さらに、これまでの熱電変換材料では、上
記のように硬くて脆いという物性に起因して製造時又は
実用時にクラック、欠損等が生じやすいことが耐熱衝撃
強度の向上の妨げもなっている。一方、最近では、前記
のごとく産業廃棄物の廃熱利用を図るために高温域で使
用できることが必要とされているが、これまでの金属化
合物、化合物半導体、酸化物半導体等では、高温下での
耐酸化性の低さが問題となる。このように、諸物性にお
ける信頼性に欠けるため、実用にあたっては一般に気密
封止処理が余儀なくされており、それ故に実用用途が大
幅に制約されているのが現状である。
Furthermore, in the conventional thermoelectric conversion materials, cracks, breaks, and the like are liable to occur during production or practical use due to the above-mentioned hard and brittle physical properties, which hinders the improvement in thermal shock strength. I have. On the other hand, recently, as described above, it is necessary to be able to use industrial waste in a high temperature range in order to utilize waste heat.However, conventional metal compounds, compound semiconductors, oxide semiconductors, and the like have been used under high temperatures. Is a problem because of its low oxidation resistance. As described above, due to lack of reliability in various physical properties, airtight sealing treatment is generally required in practical use, and therefore, practical use is greatly restricted at present.

【0017】性能指数においても、これら従来の熱電変
換材料は、室温付近では2×10-3/Kと比較的大きい
ものの、300℃以上で低下するものがほとんどであ
る。
In terms of figure of merit, these conventional thermoelectric conversion materials are relatively large at about 2 × 10 −3 / K near room temperature, but almost always fall below 300 ° C.

【0018】そればかりでなく、TeあるいはSeは揮
発性が高いため、テルライド化合物又はセレナイド化合
物を高温域で使用する場合には、たとえ密封封止しても
Te、Se等の有毒ガスの発生が避けられない。また、
揮発によって組成変動が生じやすいため、所定の性能を
確保しにくいばかりでなく、性能指数のバラツキ等も生
じる。さらに、テルライド化合物又はセレナイド化合物
は、急冷凝固してアモルファス相又は微結晶化すると熱
電変換特性が向上するというのが一般的であるが(例え
ば、特開平1−276678号公報)、高温域で使用す
ると結晶化が進み、性能劣化を避けることができない。
In addition, since Te or Se has high volatility, when a telluride compound or a selenide compound is used in a high-temperature range, toxic gases such as Te and Se are generated even if sealed. Inevitable. Also,
Since the composition changes easily due to volatilization, not only is it difficult to secure a predetermined performance, but also the performance index varies. Further, the telluride compound or selenide compound generally improves the thermoelectric conversion characteristics when rapidly solidified by cooling and solidifying into an amorphous phase or microcrystallized (for example, JP-A-1-276678). Then, crystallization proceeds, and performance degradation cannot be avoided.

【0019】一方、300℃以上の高温域でも化学的に
安定とされている材料としてGe−Si(ゲルマニウム
シリサイド)が知られている。しかしながら、Ge−S
iの性能指数もせいぜい1×10-3/Kであり、なお改
善の余地がある。
On the other hand, Ge-Si (germanium silicide) is known as a material which is chemically stable even at a high temperature range of 300 ° C. or higher. However, Ge-S
The figure of merit of i is at most 1 × 10 −3 / K, and there is still room for improvement.

【0020】同様に、高温域でも安定している材料とし
て、Fe−Si2(鉄シリサイド)等のシリサイド化合
物も提案されている。Fe−Si2は、Sb、Mn、A
l、Co等の種々の元素を添加することによりとp型材
料とn型材料が製造できる。従って、これらを適当に組
み合わせることによりFeSi2熱電変換素子をつくる
ことができる。これは、例えば特開昭48−60018
号公報、特公昭52−47667号公報、特開昭59−
56781号公報、特開昭60−43882号公報、特
開平2−1380号公報、特開平2−1381号公報、
特公平2−8466号公報、特公平2−8467号公
報、特開平7−97206号公報等に開示されたものが
ある。また、その製造方法についても、例えば特開昭5
0−153977号公報、特開昭50−158380号
公報、特公昭54−41316号公報、特開昭54−4
1317号公報、特開昭57−63870号公報、特公
昭63−31954号公報等に開示されている。ところ
が、これらの方法の場合、原料粉末を成形してから大気
中で300〜500℃に加熱して脱樹脂し、次いで真空
中で数10〜数100時間以上もかけて熱処理しないと
半導体相であるβ相が生成せず、工業的生産に適したも
のとは言い難い。
Similarly, silicide compounds such as Fe—Si 2 (iron silicide) have been proposed as materials that are stable even in a high temperature range. Fe—Si 2 is composed of Sb, Mn, A
By adding various elements such as l and Co, a p-type material and an n-type material can be manufactured. Therefore, by appropriately combining them, a FeSi 2 thermoelectric conversion element can be manufactured. This is described, for example, in JP-A-48-60018.
Gazette, JP-B-52-47667, JP-A-59-47679
No. 56781, JP-A-60-43882, JP-A-2-1380, JP-A-2-1381,
There are those disclosed in Japanese Patent Publication No. 2-8466, Japanese Patent Publication No. 2-8467, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-97206, and the like. In addition, regarding the manufacturing method, for example,
JP-A-153977, JP-A-50-158380, JP-B-54-41316, JP-A-54-4
No. 1317, JP-A-57-63870, and JP-B-63-31954. However, in the case of these methods, the raw material powder is molded, heated to 300 to 500 ° C. in the air to remove the resin, and then heat-treated in a vacuum for several tens to several hundreds hours or more. Since a certain β phase is not generated, it is hard to say that it is suitable for industrial production.

【0021】スクツテルダイト型結晶構造を有するCo
−Sb3化合物については、エル.ダドキン(L.Dadki
n)による報告がある(J.Soviet Phys, Solid State I
126-133 (1959))。しかし、報告されている化合物の性
能指数は極めて小さく、この値では実用に供することは
できない。
Co having a skutterudite type crystal structure
For -Sb 3 compound, El. Dadkin (L.Dadki
n) (J. Soviet Phys, Solid State I)
126-133 (1959)). However, the reported figure of merit of the compound is extremely small and cannot be put to practical use at this value.

【0022】比抵抗を低くすることによって性能指数が
改善されたCu−Sn−S系熱電変換材料も提案されて
いる(特開平8−778733号公報)。これは、比抵
抗を小さくするためにCu、Ag、Ge等の金属をその
まま分散含有させたものである。しかし、この材料も、
従来の材料が有する性能指数0.8×10-4/Kに比べ
て室温における値が1.0〜1.3×10-3/Kとわず
かに改善されているにすぎず、未だ改善する余地があ
る。
A Cu-Sn-S-based thermoelectric conversion material having an improved figure of merit by lowering the specific resistance has also been proposed (Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-778733). This is one in which metals such as Cu, Ag, and Ge are dispersed and contained as they are in order to reduce the specific resistance. However, this material also
The value at room temperature is only slightly improved to 1.0 to 1.3 × 10 −3 / K as compared with the performance index of 0.8 × 10 −4 / K of the conventional material, and is still improved. There is room.

【0023】しかも、その製造方法は複雑であり、工業
的生産に適していない。まず構成元素の原料粉末を均一
に混合してから溶解し、この溶液を急冷凝固して固体化
した後、平均粒径300μm以下の粉末になるまで粉砕
し、得られた粉末にAg、Cu、Ge等の微粉末を混合
して粉砕してから650℃、80kg/mm2の条件で
10分以上加熱加圧して成形し、さらに650℃で10
時間以上加熱して仮焼体とする。引き続き、この仮焼体
を粉砕した粉を650℃に加熱してホットプレス成形し
てようやく前記の熱電変換材料が得られる。また、上記
方法では、Cu、Ag、Ge等を金属微粒子として内在
させるため、高温域で使用すると偏析しやすくなり、し
かも酸化されやすい。酸化が進むと電気伝導率が著しく
低下してしまう。このため、実用に際し、少なくとも真
空気密封入する等の特別な加工を施さない限り、性能指
数が著しく低下してしまう。この点においては従来の熱
電変換材料と変わるところがない。
Moreover, the production method is complicated and not suitable for industrial production. First, the raw material powders of the constituent elements are uniformly mixed and dissolved, then the solution is rapidly solidified by solidification, and then pulverized to a powder having an average particle diameter of 300 μm or less. A fine powder such as Ge is mixed and pulverized, and then molded by heating and pressing at 650 ° C. and 80 kg / mm 2 for 10 minutes or more.
Heat for more than an hour to form a calcined body. Subsequently, the powder obtained by pulverizing the calcined body is heated to 650 ° C. and subjected to hot press molding to finally obtain the thermoelectric conversion material. Further, in the above method, since Cu, Ag, Ge and the like are contained as fine metal particles, segregation is liable to occur when used in a high temperature range, and furthermore, oxidation is liable to occur. As the oxidation proceeds, the electric conductivity is significantly reduced. For this reason, in practical use, unless a special process such as vacuum sealing is performed, the figure of merit is significantly reduced. In this respect, there is no difference from the conventional thermoelectric conversion material.

【0024】チタン酸バリウムを主構成成分とする半導
体酸化物も熱電変換材料として開示されている(特開平
1−213383号公報)。また、ストロンチウムとチ
タンを主構成成分とする複合酸化物に還元性物質を混合
点在させた酸化物セラミックス半導体も知られている
(特開平5−129667号公報、特開平5−1988
47号公報、特開平5−218511号公報、Phys. Re
v. 134-2A44-(1964)、Phys. Rev. 157-2 358-(1967)な
ど)。
A semiconductor oxide containing barium titanate as a main component has also been disclosed as a thermoelectric conversion material (JP-A-1-213383). Further, oxide ceramic semiconductors in which a reducing substance is mixed and dispersed in a composite oxide containing strontium and titanium as main components are also known (JP-A-5-129667, JP-A-5-1988).
No. 47, JP-A-5-218511, Phys.
v. 134-2A44- (1964), Phys. Rev. 157-2 358- (1967), etc.).

【0025】ストロンチウム酸化物とチタン酸化物を主
構成成分とする複合酸化物(特開平8−231223号
公報)、主構成成分がチタン酸化物でストロンチウム酸
化物と金属チタンを混合し、熱処理した熱電変換材料も
提案されている(特開平8−247021号公報)。一
般に、各種酸化物セラミックス半導体は、テルライド化
合物、セレナイド化合物、シリサイド化合物に比べて基
本構成成分が酸化物であることから使用雰囲気環境に対
して耐性が高いと予測されるため、盛んに研究が進めら
れている。
A composite oxide containing strontium oxide and titanium oxide as main components (Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-231223), a thermoelectric material obtained by mixing strontium oxide and metal titanium with titanium oxide as the main component and heat-treating the mixture. Conversion materials have also been proposed (JP-A-8-247012). In general, various oxide ceramic semiconductors are expected to be more resistant to the environment in which they are used because their basic constituents are oxides compared to telluride compounds, selenide compounds, and silicide compounds. Have been.

【0026】しかしながら、導電成分として金属成分を
混合したり、酸素欠陥が半導体物性を派生させている等
の理由から、耐酸化性が全く問題にならないほど改善で
きたものはない。また、性能指数が各種テルライド、セ
レナイド化合物、シリサイド化合物を超えるものも未だ
見当たらない。
However, there has been no method which can improve oxidation resistance so as not to cause any problem, for example, because a metal component is mixed as a conductive component or an oxygen defect causes semiconductor properties. Further, there has not yet been found any one whose performance index exceeds various telluride, selenide compounds and silicide compounds.

【0027】さらに、ストロンチウム酸化物とチタン酸
化物を主構成成分とする場合、熱電変換材料として実用
化するためにはn型半導体とp型半導体とし、両者を接
合する必要からバリウム、カリウム、ナトリウム、リシ
ウム、セシウム、ルビジウム、スカンジウム、イットリ
ウム、ランタノイド系元素等の少なくとも1種の元素を
ストロンチウム酸化物に均一に混合した複合酸化物と
し、さらにチタン酸化物にジルコニウム、ハフニウム、
スズ、ニオブ、タンタル、タングステン、モリブデン、
マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、インジ
ウム、マグネシウム、アンチモン等の元素の少なくとも
1種の元素を混合し、複合酸化物にする必要があり、さ
らにこれらの複合酸化物相には互いに連続しない還元性
物質相を共存させた状態とした上で、非酸化性雰囲気中
で焼成する必要がある。このため、工業的生産にあた
り、製造条件の設定が非常に複雑になる。しかも、本質
的に機械的強度に劣るために小型化・薄型化が難しいと
いう致命的な欠陥も有している(Cu系酸化物半導体を
用いた熱電変換材料についての報告は、MatSci & Eng B
7 111- (1990)参照)。
Further, when strontium oxide and titanium oxide are used as main constituents, n-type semiconductors and p-type semiconductors are used for practical use as thermoelectric conversion materials. , Irisium, cesium, rubidium, scandium, yttrium, at least one element such as a lanthanoid element and a strontium oxide uniformly mixed to form a composite oxide, further titanium oxide zirconium, hafnium,
Tin, niobium, tantalum, tungsten, molybdenum,
At least one element such as manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, indium, magnesium, and antimony must be mixed to form a composite oxide, and these composite oxide phases must be continuous with each other. It is necessary to bake in a non-oxidizing atmosphere after making a reducing substance phase not coexist. For this reason, setting of manufacturing conditions becomes very complicated in industrial production. In addition, it has a fatal defect that it is difficult to reduce its size and thickness because of its inherently poor mechanical strength. (A report on a thermoelectric conversion material using a Cu-based oxide semiconductor is disclosed in MatSci & Eng B.
7 111- (1990)).

【0028】また、金属銅等の微粒子を混合して電気伝
導度を改善し、かつ、還元性雰囲気で焼成することで酸
素欠陥を導入して熱起電力を向上させることにより性能
指数を高める方法もある。ところが、この方法で得られ
る熱電変換材料を実際に使用するには気密封止して酸化
劣化を抑制又は防止しない限りは、大気中で使用するこ
とはできない。
Further, a method of improving the electric conductivity by mixing fine particles such as metallic copper or the like, and improving the thermal index by introducing oxygen vacancies by firing in a reducing atmosphere to improve the thermoelectromotive force. There is also. However, the thermoelectric conversion material obtained by this method cannot be used in air unless it is hermetically sealed to suppress or prevent oxidative deterioration.

【0029】ところで、酸化亜鉛(ZnO)を主構成成
分としたものとしては、例えば酸化亜鉛に酸化イットリ
ウム0.01〜20モル%をドープしたN型半導体から
なる熱電変換材料が知られている(特開昭62−179
78号)。この材料は、酸化亜鉛粉末に酸化イットリウ
ム粉末を混合した後、加圧成形し、真空中又は還元雰囲
気中1000〜1350℃で焼成して製造する。この技
術によれば、安価でかつ毒性の低い原料を用いているこ
とから、上記の熱電変換材料を安価かつ容易に製造する
ことができる。
As a material containing zinc oxide (ZnO) as a main component, for example, a thermoelectric conversion material made of an N-type semiconductor in which zinc oxide is doped with 0.01 to 20 mol% of yttrium oxide is known (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-157556). JP-A-62-179
No. 78). This material is produced by mixing yttrium oxide powder with zinc oxide powder, pressing, and firing at 1000 to 1350 ° C. in a vacuum or reducing atmosphere. According to this technique, since the inexpensive and low-toxic raw material is used, the above-described thermoelectric conversion material can be easily manufactured at low cost.

【0030】しかしながら、上記材料では、焼成中に亜
鉛成分が昇華することがあるため、その性能が安定しな
いという問題もある。
However, in the above materials, there is also a problem that the performance is not stable because the zinc component may sublime during firing.

【0031】これに対し、酸化亜鉛に酸化インジウム
(In23)、酸化リチウム(Li2O)等をドープし
たN型半導体熱電変換材料が知られている(特開昭63
−115388号、特開平6−252451号等)。こ
れらの材料は500℃前後の耐熱性を示す。
On the other hand, an N-type semiconductor thermoelectric conversion material in which zinc oxide is doped with indium oxide (In 2 O 3 ), lithium oxide (Li 2 O) or the like is known (Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 63).
-115388, JP-A-6-252451, etc.). These materials exhibit heat resistance around 500 ° C.

【0032】しかしながら、これらの技術では、1)真
空中で焼成しなければならない、2)焼成温度によって
内部抵抗が変動するため、安定した比抵抗を得にくく、
結果として性能指数の再現性が乏しい、3)高温におけ
る熱電変換特性が低い等のいずれかの問題があり、十分
満足できるものではない。
However, in these techniques, 1) the firing must be performed in a vacuum, and 2) the internal resistance varies depending on the firing temperature.
As a result, the reproducibility of the figure of merit is poor, and 3) the thermoelectric conversion characteristics at high temperatures are low, which is not satisfactory.

【0033】さらに、酸化インジウムを主要構成成分と
し、半導体酸化物(MnO)をドープすることにより熱
酸化劣化に対する特性を改善する方法が知られている
(特開平7−231122号、特開平7−291627
号)。これらは、インジウムの酸化物に半導体酸化物を
ドープすることによって伝導キャリアとして酸素欠陥を
生じさせて導電性を改善するものであるが、高温では状
態変化が起こりやすく、特に700℃以上の高温域では
性能指数が著しく低下してしまう。
Further, there is known a method of improving characteristics against thermal oxidative degradation by doping a semiconductor oxide (MnO) with indium oxide as a main constituent (JP-A-7-231122, JP-A-7-231). 291627
issue). These dope an oxide defect as a conduction carrier by doping a semiconductor oxide into an oxide of indium to improve the conductivity, and the state is liable to change at a high temperature, particularly in a high temperature range of 700 ° C. or higher. In this case, the figure of merit is significantly reduced.

【0034】その他にも、最近では亜鉛酸化物の一部を
アルミニウムで置換した(Zn1-xAlx)O(T.Tsubot
a et al: J.Mater.Chem.,6,1(1996),M.Ohtaki et al:J.
Appl.Phys,79(3)1816(1996))、インジウム錫酸化物In
23・SnO2(M.Ohtaki et al:J.Mater.Chem.,4,653
(1994))、マンガン酸カルシウムビスマス(Ca1-xBi
x)MnO3(M.Ohtaki et al:J.Solid State Chem.,12
0,105(1995))、インジウム酸カドミウムCdIn2
4(R.D.Shannon et al:J.PhysChem.Solids 38, 877(197
7))、ネオジウム酸セリウム銅酸化物Nd2-xCexCu
4(M.Yasukawa etal:J.Jpn soc poeder&powder metal.
44(1)(1997))等が報告されているものの、これら材料の
性能指数は10-4/Kオーダーと低く、さらなる改善が
必要である。
In addition, recently, (Zn 1-x Al x ) O (T.Tsubot) in which a part of zinc oxide is substituted by aluminum
a et al: J. Mater. Chem., 6, 1 (1996), M. Ohtaki et al: J.
Appl. Phys, 79 (3) 1816 (1996)), indium tin oxide In
2 O 3 SnO 2 (M. Ohtaki et al: J. Mater. Chem., 4, 653
(1994)), calcium bismuth manganate (Ca 1-x Bi
x ) MnO 3 (M. Ohtaki et al: J. Solid State Chem., 12
0,105 (1995)), cadmium indium CdIn 2 O
4 (RDShannon et al: J. PhysChem. Solids 38, 877 (197
7)), neodymium acid cerium copper oxide Nd 2-x Ce x Cu
O 4 (M.Yasukawa etal: J.Jpn soc poeder & powder metal.
44 (1) (1997)), however, the figure of merit of these materials is as low as 10 -4 / K, and further improvement is required.

【0035】[0035]

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、か
かる従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、特
に、高温域でも優れた熱電変換性能が安定して得られる
熱電変換材料を提供することを主な目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and in particular, has provided a thermoelectric conversion material capable of stably obtaining excellent thermoelectric conversion performance even at a high temperature range. The main purpose is to

【0036】[0036]

【課題を解決するための手段】本発明者は、特定組成を
有する酸化物を熱電変換材料として用いることにより、
上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成する
に至った。
Means for Solving the Problems The present inventor uses an oxide having a specific composition as a thermoelectric conversion material,
The inventors have found that the above object can be achieved, and have completed the present invention.

【0037】すなわち、本発明は、Zn−In−O系酸
化物であって、ZnとInとの組成比率がZnO/In
23モル比で5〜19である熱電変換材料に係るもので
ある。
That is, the present invention relates to a Zn—In—O-based oxide, wherein the composition ratio of Zn and In is ZnO / In.
The present invention relates to a thermoelectric conversion material having a molar ratio of 2 O 3 of 5 to 19.

【0038】[0038]

【発明の実施の形態】本発明の熱電変換材料は、Zn−
In−O系酸化物であって、ZnとInとの組成比率が
ZnO/In23モル比で5〜19であることに特徴を
有する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The thermoelectric conversion material of the present invention is Zn-
A In-O-based oxide, characterized in that the composition ratio of Zn and In are 5 to 19 in ZnO / In 2 O 3 molar ratio.

【0039】ZnとInとの配合比率は、最終製品の用
途等に応じて適宜設定すれば良いが、通常はZnO/I
23モル比で5〜19程度、好ましくは5〜7とすれ
ば良い。本発明では、このモル比の範囲内において、特
に優れた熱電変換性能を発揮することができる。
The mixing ratio of Zn and In may be appropriately set according to the use of the final product, etc., but usually, ZnO / I
The molar ratio of n 2 O 3 may be about 5 to 19, preferably 5 to 7. In the present invention, particularly excellent thermoelectric conversion performance can be exhibited within this molar ratio range.

【0040】また、本発明では、必要に応じてZnサイ
ト及びInサイトの少なくとも一方を置換成分により置
換することができる。
In the present invention, if necessary, at least one of the Zn site and the In site can be substituted with a substitution component.

【0041】Inサイトは、Inサイトの一部がIn3+
イオンよりも大きなイオン半径をもつ3価陽イオンによ
って置換することができる。上記3価陽イオンとして
は、熱電変換性能をさらに高めることができるものであ
れば特に制限されないが、特にY3+、La3+、Ce3+
Nd3+、Gd3+、Ac3+等の希土類元素が好ましい。こ
れらの3価陽イオンは1種又は2種以上を用いることが
できる。
In the In site, part of the In site is In 3+
It can be replaced by a trivalent cation having an ionic radius larger than the ion. The trivalent cation is not particularly limited as long as it can further enhance the thermoelectric conversion performance. In particular, Y 3+ , La 3+ , Ce 3+ ,
Rare earth elements such as Nd 3+ , Gd 3+ and Ac 3+ are preferred. One or more of these trivalent cations can be used.

【0042】置換成分である上記3価陽イオンによる置
換量としては、置換成分の種類等に応じて適宜設定すれ
ば良いが、Inサイトが(In1-nn23(Aは置換
成分;nは0.01〜0.475、好ましくは0.05
〜0.425、より好ましくは0.075〜0.40)
となるようにすれば良い。
The amount of substitution by the trivalent cation as a substitution component may be appropriately set according to the type of the substitution component and the like, but the In site is (In 1 -n An ) 2 O 3 (A is Substituent component; n is 0.01 to 0.475, preferably 0.05
~ 0.425, more preferably 0.075 ~ 0.40)
What is necessary is to make it.

【0043】Znサイトは、Znサイトの一部がZn2+
イオンよりも小さなイオン半径をもつ2価陽イオンによ
って置換することができる。上記2価陽イオンとして
は、熱電変換性能をさらに改善することができるもので
あれば特に制限されず、例えばCo2+、Fe2+、N
2+、Cu2+等の2価陽イオンを用いることができる。
これらは1種又は2種以上を用いることができる。
In the Zn site, part of the Zn site is Zn 2+
It can be replaced by a divalent cation having a smaller ionic radius than the ion. The divalent cation is not particularly limited as long as it can further improve the thermoelectric conversion performance. For example, Co 2+ , Fe 2+ , N
Divalent cations such as i 2+ and Cu 2+ can be used.
These can be used alone or in combination of two or more.

【0044】置換成分である上記2価陽イオンによる置
換量としては、置換成分の種類等に応じて適宜設定すれ
ば良いが、ZnサイトがZn1-mmO(Bは置換成分;
mは0.05〜0.95、好ましくは0.10〜0.8
5、より好ましくは0.15〜0.80)となるように
すれば良い。
The amount of substitution by the divalent cation as a substitution component may be appropriately set according to the type of the substitution component and the like, but the Zn site is Zn 1-m B m O (B is a substitution component;
m is 0.05 to 0.95, preferably 0.10 to 0.8
5, more preferably 0.15 to 0.80).

【0045】本発明において、例えばIn3+よりもイオ
ン半径の大きなY3+、La3+等でInサイトの一部を置
換すると、一般に置換量が多いほど化合物結晶のa軸が
伸び、逆にc軸が縮み、さらには格子体積に相関するa
2cの値が増加する。同様に、Zn2+よりもイオン半径
の小さなCo2+等でZnサイトの一部を置換する場合に
も、置換量の増加に伴ってa2cの値が増加する。これ
らの置換によって結晶構造の変化が起こる結果、熱電変
換性能をより一層向上させることができる。
In the present invention, when a part of the In site is substituted by, for example, Y 3+ , La 3+, or the like having a larger ionic radius than In 3+ , the a-axis of the compound crystal generally increases as the substitution amount increases, and The c-axis shrinks, and furthermore, a
2 The value of c increases. Similarly, when a part of a Zn site is substituted with Co 2+ or the like having an ionic radius smaller than that of Zn 2+ , the value of a 2 c increases with an increase in the substitution amount. As a result of these substitutions changing the crystal structure, the thermoelectric conversion performance can be further improved.

【0046】なお、本発明では、上記成分以外のもので
あっても、本発明の効果を妨げない範囲内で他の成分が
含まれていても良い。例えば、焼結助剤、ガラス、カー
ボン、耐酸化性金属(I族Bに属するAg、Au等、VI
I族Aに属するRe等、白金族として総称されるRu、
Rh、Pd、Os、Ir、Pt等の酸化物)等が含有さ
れていても良い。
In the present invention, other components than the above-mentioned components may be contained as long as the effects of the present invention are not impaired. For example, sintering aids, glass, carbon, oxidation-resistant metals (Ag, Au, etc. belonging to Group IB, VI
Ru belonging to the platinum group, such as Re belonging to Group I A,
Oxides such as Rh, Pd, Os, Ir, and Pt).

【0047】本発明の熱電変換材料の気孔率は、最終製
品の用途に応じて適宜定めれば良いが、通常は3〜90
%程度(理論密度10〜97%)であり、好ましくは1
0〜80%であり、特に20〜70%であることが最も
好ましい。気孔率が3%未満であると、熱励起により飛
び出す電子が少なすぎ、また連続気孔の形成も不十分と
なるために満足できる熱電変換性能が得られないことが
ある。また、気孔率が90%を超えると、十分に優れた
熱電変換性能を得ることができるものの、機械的強度が
低く、加工時又は使用時に壊れやすくなるので実用上好
ましくない。
The porosity of the thermoelectric conversion material of the present invention may be appropriately determined according to the use of the final product.
% (Theoretical density of 10 to 97%), preferably 1%.
It is most preferably 0 to 80%, particularly preferably 20 to 70%. If the porosity is less than 3%, electrons emitted by thermal excitation are too small, and the formation of continuous pores becomes insufficient, so that satisfactory thermoelectric conversion performance may not be obtained. On the other hand, if the porosity exceeds 90%, a sufficiently excellent thermoelectric conversion performance can be obtained, but the mechanical strength is low and the material is easily broken during processing or use, which is not practically preferable.

【0048】なお、本発明における気孔は、特に独立気
孔を含む連続気孔(以下「気孔」とともいう)であるこ
とが好ましい。本発明において連続気孔は、主として開
気孔と閉気孔からなる。その構成としては、本発明の効
果を損なわない範囲であれば特に限定されない。連続気
孔の形成は、例えば製造時に粉末原料に配合する有機バ
インダーの種類及び添加量を調節することによって達成
することができる。
The pores in the present invention are preferably continuous pores including independent pores (hereinafter also referred to as "pores"). In the present invention, the continuous pores mainly include open pores and closed pores. The configuration is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not impaired. The formation of continuous pores can be achieved, for example, by adjusting the type and amount of the organic binder to be added to the powdery raw material during production.

【0049】本発明の熱電変換材料の形状又は寸法は、
特に制限されず、最終製品の形状等に応じて適宜設定す
れば良い。例えば、フィルム状、シート状、棒状、その
他任意の形状で用いることができる。本発明の熱電変換
材料の使用方法は、公知の熱電変換材料における使用方
法と同様にすれば良い。
The shape or size of the thermoelectric conversion material of the present invention is as follows:
There is no particular limitation, and it may be set appropriately according to the shape of the final product. For example, it can be used in a film shape, a sheet shape, a rod shape, or any other shape. The method of using the thermoelectric conversion material of the present invention may be the same as the method of using a known thermoelectric conversion material.

【0050】本発明の熱電変換材料は、亜鉛及びインジ
ウムを上記の組成比率とすること以外は、公知の酸化物
(セラミックス)の製造方法と同様に方法により製造す
ることができる。例えば所定量の亜鉛及びインジウム
(必要に応じて置換成分等)を含む粉末原料を成形し、
その成形体を焼成することによって製造できる。
The thermoelectric conversion material of the present invention can be produced by a method similar to a known method for producing an oxide (ceramic), except that zinc and indium are set in the above composition ratio. For example, a powder raw material containing a predetermined amount of zinc and indium (substitution components and the like as necessary) is formed,
It can be manufactured by firing the molded body.

【0051】上記粉末原料の調製も、セラミックス分野
等で通常採用されている公知の粉末調製法(固相法、液
相法、気相法等)をいずれも適用することができる。
For the preparation of the powder raw material, any of the known powder preparation methods (solid phase method, liquid phase method, gas phase method, etc.) usually employed in the ceramics field and the like can be applied.

【0052】例えば、固相法では、まず出発原料として
亜鉛、インジウム等を含む各化合物を前記所定の組成比
率となるように秤量・採取し、クラッシャーミル、アト
ライター、ボールミル、振動ミル、サンドグラインドミ
ル等の公知の粉砕機を用いて乾式又は湿式で混合・粉砕
する。この場合、さらに必要に応じて有機バインダー、
焼結助剤等を添加することもできる。次いで、粉砕混合
物をその焼結温度よりも低い温度で仮焼して、目的とす
る相を有する仮焼体を作製し、これを必要に応じてさら
に粉砕することによって粉末原料を調製することができ
る。この場合、出発原料である上記化合物は、ZnO、
In23、置換成分等の酸化物に限られず、例えば水酸
化物、炭酸塩等のように仮焼により最終的に酸化物とな
るものであればいずれも使用できる。特に、粒径制御が
容易であって混合性に優れている化合物がより好まし
い。
For example, in the solid phase method, first, each compound containing zinc, indium, etc. as starting materials is weighed and collected so as to have the above-mentioned predetermined composition ratio, and is crushed by a crusher mill, an attritor, a ball mill, a vibration mill, and a sand grind. Using a known pulverizer such as a mill, dry or wet mixing and pulverization are performed. In this case, if necessary, an organic binder,
A sintering aid or the like can be added. Next, the pulverized mixture is calcined at a temperature lower than its sintering temperature to prepare a calcined body having a target phase, and the pulverized mixture is further pulverized as necessary to prepare a powder raw material. it can. In this case, the starting compound is ZnO,
It is not limited to oxides such as In 2 O 3 and substituted components, and any oxides such as hydroxides and carbonates which can be finally turned into oxides by calcination can be used. In particular, a compound that is easy to control the particle size and has excellent mixing properties is more preferable.

【0053】液相法では、共沈法、水熱合成法等の公知
の方法を用いて、溶液原料から所望の化合物を沈殿析出
させたり、あるいは溶媒を蒸発させて蒸発固化物を得る
ことにより粉末原料を得ることができる。溶液原料とし
ては、例えば水を溶媒とし、これに亜鉛、インジウム、
置換成分等の塩化物、硝酸塩、有機酸塩等の化合物を溶
解させたもの、あるいは水以外の溶媒(メタノール、エ
タノール等の有機溶媒)を用い、上記化合物のアルコキ
シド等の溶液を用いることもできる。液相法により合成
される粉末原料は、容易に原料組成の均一化を図ること
ができる点で優れている。また、液相法では、亜鉛、イ
ンジウム等を所定量含む溶液原料を適当な基材上に塗布
し、この塗膜を直接焼結して焼結体とすることにより、
薄膜状の熱電変換材料(あるいは熱電変換素子)を基材
と一体化した状態で製造することもできる。
In the liquid phase method, a desired compound is precipitated from a solution raw material by using a known method such as a coprecipitation method or a hydrothermal synthesis method, or an evaporated solid is obtained by evaporating a solvent. Powder raw material can be obtained. As a solution raw material, for example, water is used as a solvent, and zinc, indium,
It is also possible to use a solution in which compounds such as chlorides, nitrates and organic acid salts such as substitution components are dissolved, or a solution other than water (an organic solvent such as methanol and ethanol) and a solution of the above compound such as an alkoxide. . Powder raw materials synthesized by the liquid phase method are excellent in that the raw material composition can be easily made uniform. In the liquid phase method, a solution material containing a predetermined amount of zinc, indium, or the like is applied to an appropriate base material, and the coating film is directly sintered to form a sintered body.
The thermoelectric conversion material (or thermoelectric conversion element) in the form of a thin film can be manufactured in a state of being integrated with the base material.

【0054】気相法では、例えばCVD(Chemical Vap
or Deposition)法、液状原料を用いる気相分解法等が
適用できる。気相法は、特に薄膜状の熱電変換材料を基
材上に直接形成する場合、あるいは結晶性の高い粉末原
料を調製する場合等に有利である。
In the gas phase method, for example, CVD (Chemical Vap
or Deposition method, a gas phase decomposition method using a liquid raw material, and the like. The gas phase method is particularly advantageous when a thin-film thermoelectric conversion material is directly formed on a substrate, or when a powder material having high crystallinity is prepared.

【0055】これら粉末原料の平均粒径は、粉末原料の
組成、最終製品の形態等に応じて適宜変更できるが、通
常は0.05〜10μm程度、好ましくは0.1〜8μ
m、より好ましくは0.2〜6μmとすれば良い。
The average particle size of these powder raw materials can be appropriately changed depending on the composition of the powder raw materials, the form of the final product, and the like.
m, more preferably 0.2 to 6 μm.

【0056】粉末原料には、成形に先立って有機バイン
ダーを配合できる。有機バインダーとしては、所望の連
続気孔を形成できるものである限り特に制限されず、一
般の焼結体の製造において用いられている有機バインダ
ーもそのまま使用できる。例えば、流動パラフィン、ワ
ックス、ポリエチレン等のオレフィン類、メチルセルロ
ース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース
等のセルロース誘導体、ポリスチレン、ポリビニルブチ
ラール等のビニル系樹脂あるいはアルデヒド系樹脂等を
用いることができる。有機バインダーの添加量は、用い
る有機バインダーの種類、所望の気孔率等に応じて適宜
設定すれば良いが、通常は最終的に得られる熱電変換材
料の気孔率が3〜90%となるように設定するのが好ま
しい。一般的には、上記粉末原料中に3〜65重量%程
度を配合すれば良いが、上記気孔率との関係でこの範囲
外となっても良い。
An organic binder can be added to the powder raw material prior to molding. The organic binder is not particularly limited as long as it can form desired continuous pores, and an organic binder used in the production of a general sintered body can be used as it is. For example, liquid paraffin, wax, olefins such as polyethylene, cellulose derivatives such as methyl cellulose, ethyl cellulose and carboxymethyl cellulose, vinyl resins such as polystyrene and polyvinyl butyral, and aldehyde resins can be used. The amount of the organic binder to be added may be appropriately set according to the type of the organic binder to be used, the desired porosity, and the like. Usually, the porosity of the finally obtained thermoelectric conversion material is 3 to 90%. It is preferable to set. Generally, about 3 to 65% by weight may be blended in the powder raw material, but may be out of this range in relation to the porosity.

【0057】次いで、粉末原料を用いて成形を行う。こ
の場合の成形方法は、特に制限されず、例えば金型を用
いる加圧成形法、冷間等方圧成形法(CIP(Cold Iso
Press mould))、押出し成形法、ドクターブレードテ
ープ成形法、鋳込み成形法等のセラミックス・粉末冶金
等の分野で汎用されている成形方法を用いることができ
る。成形条件も、公知の各成形方法における成形条件内
で調節すれば良く、特に粉末の均一充填性が高くなるよ
うに適宜設定することが好ましい。
Next, molding is performed using the powder raw material. The molding method in this case is not particularly limited. For example, a pressure molding method using a mold, a cold isostatic molding method (CIP (Cold Isoform))
Press molding)), an extrusion molding method, a doctor blade tape molding method, a casting molding method, and other molding methods widely used in the fields of ceramics and powder metallurgy can be used. The molding conditions may be adjusted within the molding conditions in each of the known molding methods, and it is particularly preferable to appropriately set them so as to increase the uniform filling property of the powder.

【0058】続いて、得られた成形体の焼結を行う。焼
結方法も、特に制限されず、公知の常圧焼結、加圧焼結
等の公知の焼結方法を採用することができる。焼結温度
は、用いる粉末原料の種類、組成等に応じて適宜変更す
れば良く、通常は1350〜1700℃程度の範囲とす
れば良い。焼結温度が低すぎると目的の緻密性を達成で
きず、また焼結体が具備すべき所定の特性が得られなく
なることがある。また、焼結温度が高すぎると組成変化
あるいは粒成長による微構造の変化が生じるので、焼結
体の物性制御が困難となるばかりでなく、エネルギー消
費が増加したり、生産効率が低下する場合がある。
Subsequently, the obtained compact is sintered. The sintering method is also not particularly limited, and a known sintering method such as a known normal pressure sintering and pressure sintering can be adopted. The sintering temperature may be appropriately changed according to the type, composition, and the like of the powder raw material to be used. If the sintering temperature is too low, the desired compactness cannot be achieved, and the desired characteristics of the sintered body may not be obtained. In addition, if the sintering temperature is too high, a change in composition or a change in microstructure due to grain growth occurs, so not only is it difficult to control the physical properties of the sintered body, but also the energy consumption increases or the production efficiency decreases. There is.

【0059】焼成雰囲気は、特に制限されず、例えば還
元処理の必要性に応じて選択することができる。例え
ば、焼結と同時に還元処理が必要な場合には、還元雰囲
気とすれば良い。また、還元処理を必要としない場合に
は、例えば大気中で常圧焼結すれば良い。酸素雰囲気下
における焼成は、焼結体の組成、微構造等の制御が特に
必要な場合において酸素分圧を制御するのに有効であ
る。本発明では、酸化雰囲気であれば酸素分圧は特に制
限されない。
The firing atmosphere is not particularly limited, and can be selected, for example, according to the necessity of the reduction treatment. For example, when a reduction treatment is required at the same time as sintering, a reduction atmosphere may be used. In the case where the reduction treatment is not required, sintering may be performed at normal pressure in the atmosphere, for example. Firing in an oxygen atmosphere is effective in controlling the oxygen partial pressure when control of the composition, microstructure, and the like of the sintered body is particularly required. In the present invention, the oxygen partial pressure is not particularly limited as long as it is an oxidizing atmosphere.

【0060】なお、本発明では、いずれの方法で合成さ
れた粉末原料においても、焼結に先立ち必要に応じて成
形体を仮焼しても良い。仮焼温度は、その成形体におけ
る焼結温度よりも低い温度で適宜定めれば良い。仮焼雰
囲気も、上記焼結の場合と同様に適宜設定することがで
きる。
In the present invention, the compact may be calcined, if necessary, prior to sintering of the powder raw material synthesized by any of the methods. The calcining temperature may be appropriately determined at a temperature lower than the sintering temperature of the compact. The calcining atmosphere can also be set appropriately as in the case of sintering.

【0061】[0061]

【発明の効果】本発明によれば、特定組成を有する酸化
物を熱電変換材料として用いるので、優れた熱電変換性
能を発揮する。すなわち、酸化物から構成されているこ
とから、酸化劣化、構成成分の揮発等のおそれがなく、
高温域における熱起電力も安定でかつ大きいため、高温
域での熱電変換性能にも優れている。換言すれば、高温
領域で使用してもセレナイド化合物、テルライド化合物
等のように酸化による熱電変換特性の劣化はほとんど生
じない。
According to the present invention, since an oxide having a specific composition is used as a thermoelectric conversion material, excellent thermoelectric conversion performance is exhibited. That is, since it is composed of an oxide, there is no fear of oxidation deterioration, volatilization of constituent components, and the like,
Since the thermoelectromotive force in the high temperature range is stable and large, the thermoelectric conversion performance in the high temperature range is also excellent. In other words, even when used in a high-temperature region, deterioration of thermoelectric conversion characteristics due to oxidation hardly occurs as in selenide compounds and telluride compounds.

【0062】また、Inサイト又はZnサイトの一部を
特定の置換成分により置換することによって、熱電変換
特性をさらに改善することができる。
Further, by substituting a part of the In site or the Zn site with a specific substitution component, the thermoelectric conversion characteristics can be further improved.

【0063】このような特徴をもつ本発明の熱電変換材
料は、条件によっては例えば700Kで10-3/K以上
という高い性能指数を発揮することができることから、
例えば熱電変換素子等に有用である。
The thermoelectric conversion material of the present invention having such characteristics can exhibit a high performance index of, for example, 10 −3 / K or more at 700 K under some conditions.
For example, it is useful for a thermoelectric conversion element or the like.

【0064】[0064]

【実施例】以下、実施例を示し、本発明の特徴とすると
ころをより一層明確にする。なお、本発明では、各物性
は次のようにして測定した。
The following examples are provided to further clarify the features of the present invention. In the present invention, each physical property was measured as follows.

【0065】(1)導電率 直流四端子法によって電気伝導度を測定した結果から導
電率を求めた。
(1) Conductivity The conductivity was determined from the result of measuring the electrical conductivity by the DC four-terminal method.

【0066】(2)熱起電力 試料を石英管内に配置し、試料の片側のみにホットエア
を流入した石英管を接触させて高温側をつくり、その反
対側を低温側として両縁端の温度差Tcを測定して温度
差を読みとり、同時にPt・Pt/Rh熱電対により両
縁端における起電力(ΔV)を測定した。両縁端間の温
度差はホットエアの流量によって調節した。また、熱起
電力と温度差のグラフの傾きからゼーベック係数を求め
た。
(2) Thermoelectromotive force A sample is placed in a quartz tube, and a quartz tube into which hot air has flowed is brought into contact with only one side of the sample to form a high-temperature side, and the temperature difference between the two edges is determined by setting the opposite side to a low-temperature side. The temperature difference was read by measuring Tc, and at the same time, the electromotive force (ΔV) at both edges was measured with a Pt · Pt / Rh thermocouple. The temperature difference between both edges was adjusted by the flow rate of hot air. The Seebeck coefficient was determined from the slope of the graph of the thermoelectromotive force and the temperature difference.

【0067】(3)熱伝導率 レーザーフラッシュ法により熱拡散率から測定した。(3) Thermal conductivity Measured from the thermal diffusivity by the laser flash method.

【0068】実施例1 ZnO/In23モル比(m)が5、7、9及び11
(順に試料1〜4)となるように市販のZnO粉末及び
In23粉末をそれぞれ秤量・採取し、これをボールミ
ルで24時間乾式で混合した。次いで、混合物をジルコ
ニア容器に移し、大気中1150℃で6時間仮焼した
後、さらにボールミルで6時間粉砕混合することによっ
て平均粒径1μm以下に調節して粉末原料をそれぞれ調
製した。各粉末原料を196MPaの圧力で冷間等方圧
成形して板状成形体を作製した。次いで、この成形体を
大気中1550℃で2時間焼成した。
Example 1 ZnO / In 2 O 3 molar ratio (m) was 5, 7, 9, and 11
Commercially available ZnO powder and In 2 O 3 powder were weighed and collected so as to obtain (in order, samples 1 to 4), and these were dry-mixed with a ball mill for 24 hours. Next, the mixture was transferred to a zirconia container, calcined in the atmosphere at 1150 ° C. for 6 hours, and further pulverized and mixed in a ball mill for 6 hours to adjust the average particle diameter to 1 μm or less to prepare powder raw materials. Each powder raw material was cold isostatically pressed at a pressure of 196 MPa to produce a plate-like molded body. Next, the molded body was fired in the atmosphere at 1550 ° C. for 2 hours.

【0069】焼成によって得られた試料1〜3につい
て、ゼーベック係数(α)、導電率(σ)、熱伝導率
(κ)及び性能指数(Z)の温度依存性についてそれぞ
れ調べた。その結果を図1〜図4に示す。図1〜図4に
はZnO単独の場合のデータも併記する。また、mの違
いによる各特性の違いを明確にするために、さらに図5
〜図7にも試料1〜4における導電率、ゼーベック係数
又は出力因子(σα2)の温度依存性を示す。
For Samples 1 to 3 obtained by firing, the temperature dependence of the Seebeck coefficient (α), conductivity (σ), thermal conductivity (κ), and figure of merit (Z) was examined. The results are shown in FIGS. 1 to 4 also show data of ZnO alone. Further, in order to clarify the difference of each characteristic due to the difference of m, FIG.
7 also show the temperature dependence of the conductivity, the Seebeck coefficient or the output factor (σα 2 ) in Samples 1 to 4.

【0070】特に、図4及び図7から明らかなように、
モル比mの値が9のときに出力因子が最大値を示し、熱
電変換特性が最大になっていることがわかる。
In particular, as is apparent from FIGS. 4 and 7,
It can be seen that when the value of the molar ratio m is 9, the output factor shows the maximum value, and the thermoelectric conversion characteristics are maximum.

【0071】参考例1 ZnO/In23モル比が5の組成をベースとし、(Z
nO)5InMO3の組成でMをFe3+、Ga3+及びAl
3+で置換した以外は実施例1と同様の条件(但し、焼成
雰囲気は大気中及びアルゴンガス中)で熱電変換材料を
作製した。図8には、各試料の出力因子と性能指数の温
度特性を示す。また、図9には、(ZnO)5In2-x
x3でFe3+の置換量を変化させた場合(x=0〜
1)における置換量と性能指数との関係を示す。
REFERENCE EXAMPLE 1 Based on a composition having a ZnO / In 2 O 3 molar ratio of 5, (Z
nO) 5 InMO 3 with M being Fe 3+ , Ga 3+ and Al
A thermoelectric conversion material was produced under the same conditions as in Example 1 except that 3+ was substituted (the firing atmosphere was in air and in argon gas). FIG. 8 shows the temperature characteristics of the output factor and the figure of merit of each sample. FIG. 9 shows (ZnO) 5 In 2-xF
the case of changing the amount of substitution Fe 3+ in e x O 3 (x = 0~
The relationship between the substitution amount and the figure of merit in 1) is shown.

【0072】図8の結果より、Inサイトにおける置換
成分のイオン半径が大きいほど熱電変換出力因子が大き
くなることがわかる。また、図9より、Fe3+の置換量
がある量を超えると熱電変換性能指数が急激に低下する
ことがわかる。
FIG. 8 shows that the larger the ionic radius of the substituted component at the In site, the larger the thermoelectric conversion output factor. Further, FIG. 9 shows that the thermoelectric conversion performance index sharply decreases when the substitution amount of Fe 3+ exceeds a certain amount.

【0073】実施例2 ZnO/In23モル比が5の組成をベースとし、In
サイトをY3+で置換した以外は実施例1と同様の条件で
(ZnO)5(In1-xx23(x=0〜0.2)か
らなる組成の熱電変換材料を作製した。各置換量xにお
けるゼーベック係数、導電率及び出力因子の温度依存性
を測定した。これらの結果をそれぞれ図10〜図12に
示す。なお、図12には、(ZnO)9In23におけ
る結果も併せて示す。
Example 2 Based on a composition having a ZnO / In 2 O 3 molar ratio of 5, In
Sites other than substituted with Y 3+ in the same conditions as in Example 1 (ZnO) 5 (In 1- x Y x) 2 O 3 (x = 0~0.2) thermoelectric material having a composition consisting of Produced. The temperature dependence of the Seebeck coefficient, conductivity, and output factor at each substitution amount x was measured. These results are shown in FIGS. FIG. 12 also shows the results for (ZnO) 9 In 2 O 3 .

【0074】また、図13〜図15には、960K及び
1100KにおけるY3+の置換量xとゼーベック係数、
導電率又は出力因子との関係をそれぞれ示す。また、図
16には、Y3+による置換量xが0〜0.05における
室温(25℃)での導電率を示す。
FIGS. 13 to 15 show the substitution amount x of Y 3+ and the Seebeck coefficient at 960 K and 1100 K, respectively.
The relationship with the conductivity or the output factor is shown, respectively. FIG. 16 shows the conductivity at room temperature (25 ° C.) when the substitution amount x by Y 3+ is 0 to 0.05.

【0075】特に、図12の結果より、m=5の場合で
もInサイトを3価陽イオンY3+で置換した場合には、
(ZnO)9In23よりも高い熱電変換特性を示すこ
とがわかる。また、図13〜図15より、ゼーベック係
数の絶対値及び熱電変換出力因子はY3+の置換により増
加することがわかる。
In particular, from the results of FIG. 12, even when m = 5, when the In site is replaced with the trivalent cation Y 3+ ,
It turns out that it shows higher thermoelectric conversion characteristics than (ZnO) 9 In 2 O 3 . 13 to 15 that the absolute value of the Seebeck coefficient and the thermoelectric conversion output factor are increased by the substitution of Y 3+ .

【0076】実施例3 ZnO/In23モル比が9の組成をベースとし、In
サイトをY3+で置換した以外は実施例1と同様の条件で
(ZnO)9(In1-xx23(x=0〜0.1)か
らなる組成の熱電変換材料を作製した。各置換量xにお
けるゼーベック係数、導電率及び出力因子の温度依存性
を測定した。これらの結果をそれぞれ図17〜図19に
示す。また、図20〜図22には、960K及び110
0KにおけるY3+の置換量xとゼーベック係数、導電率
又は出力因子との関係をそれぞれ示す。
Example 3 A ZnO / In 2 O 3 molar ratio of 9 was used as a base,
A thermoelectric conversion material having a composition of (ZnO) 9 (In 1−x Y x ) 2 O 3 (x = 0 to 0.1) was prepared under the same conditions as in Example 1 except that the site was replaced with Y 3+. Produced. The temperature dependence of the Seebeck coefficient, conductivity, and output factor at each substitution amount x was measured. These results are shown in FIGS. 20 to 22 show 960K and 110K.
The relationship between the substitution amount x of Y 3+ at 0K and the Seebeck coefficient, conductivity, or output factor is shown.

【0077】実施例4 実施例1と同様の条件でZnO/In23モル比mが
5、7及び9の組成をもつ熱電変換材料と、Inサイト
をY3+で置換した(ZnO)5(In1-xx23(x
=0.03)からなる組成の熱電変換材料との性能を比
較した。各モル比mにおける熱伝導率及び性能指数の温
度依存性を調べた。その結果を図23〜図24にそれぞ
れ示す。
Example 4 Under the same conditions as in Example 1, a thermoelectric material having a composition of ZnO / In 2 O 3 having a molar ratio m of 5, 7, and 9 and the In site was substituted with Y 3+ (ZnO) 5 (In 1-x Y x ) 2 O 3 (x
= 0.03) was compared with a thermoelectric conversion material having a composition of 0.03). The temperature dependence of the thermal conductivity and the figure of merit at each molar ratio m was examined. The results are shown in FIGS.

【0078】図24の結果より、InサイトをY3+で置
換した試料が熱電変換性能指数の最大値を示し、m=9
の場合よりも大きくなることがわかる。
From the results shown in FIG. 24, the sample in which the In site was replaced with Y 3+ showed the maximum value of the thermoelectric conversion performance index, and m = 9.
It turns out that it becomes larger than the case of.

【0079】実施例5 ZnO/In23モル比mが5の組成をベースとし、Z
nサイトをCo2+で置換した以外は実施例1と同様の条
件で(Zn1-xCoxO)5In23(x=0〜0.1
5)からなる組成の熱電変換材料を作製した。図25に
は、1120Kにおける導電率及びゼーベック係数とC
2+置換量xとの関係を示す。また、図26には、11
20Kにおける出力因子とCo2+置換量xとの関係を示
す。図27には、室温でのキャリアー濃度、ホール移動
度及び導電率との関係を示す。さらに、図28には、格
子定数から求めた格子体積(a2c)とCo2+の置換量
xとの関係を示す。
Example 5 A ZnO / In 2 O 3 molar ratio m based on a composition of 5
(Zn 1-x Co x O) 5 In 2 O 3 (x = 0 to 0.1) under the same conditions as in Example 1 except that the n site was replaced with Co 2+.
A thermoelectric conversion material having a composition of 5) was produced. FIG. 25 shows the conductivity, Seebeck coefficient, and C at 1120K.
The relationship with o 2+ substitution amount x is shown. Also, FIG.
The relationship between the output factor at 20K and the Co 2+ substitution amount x is shown. FIG. 27 shows the relationship among the carrier concentration, the hole mobility, and the conductivity at room temperature. FIG. 28 shows the relationship between the lattice volume (a 2 c) obtained from the lattice constant and the substitution amount x of Co 2+ .

【0080】図25から明らかなように、Co2+置換量
xが増加すると導電率は単調に減少する。一方、ゼーベ
ック係数の絶対値はCo2+置換量が0.5モル%(x=
0.005)で極大値を示し、その後はいったん減少し
てから再び増加するという複雑な挙動を示した。また、
図26によれば、出力因子の値はCo2+置換量xが0の
場合に比べて著しく上昇し、最大値−5.6Wcm-1
-2という、酸化物ではこれまで得られなかった値を示し
た。また、図28から明らかなように、格子体積はCo
2+置換量xが約3モル%(x=0.03)で極大値を示
した。
As is clear from FIG. 25, the conductivity monotonously decreases as the Co 2+ substitution amount x increases. On the other hand, the absolute value of the Seebeck coefficient is such that the substitution amount of Co 2+ is 0.5 mol% (x =
0.005) showed a maximum value, and thereafter showed a complicated behavior of decreasing once and increasing again. Also,
According to FIG. 26, the value of the output factor increases significantly as compared with the case where the Co 2+ substitution amount x is 0, and the maximum value is −5.6 Wcm −1 K.
-2 , a value not previously obtained with oxides. Also, as is clear from FIG. 28, the lattice volume is Co
The maximum value was exhibited when the 2+ substitution amount x was about 3 mol% (x = 0.03).

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(ZnO)mIn23焼結体のゼーベック係数
の温度依存性を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing the temperature dependence of the Seebeck coefficient of a (ZnO) m In 2 O 3 sintered body.

【図2】(ZnO)mIn23焼結体の導電率の温度依
存性を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing the temperature dependence of the conductivity of a (ZnO) m In 2 O 3 sintered body.

【図3】(ZnO)mIn23焼結体の熱伝導率の温度
依存性を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the temperature dependence of the thermal conductivity of a (ZnO) m In 2 O 3 sintered body.

【図4】(ZnO)mIn23焼結体の熱電変換性能指
数の温度依存性を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the temperature dependence of the thermoelectric conversion performance index of a (ZnO) m In 2 O 3 sintered body.

【図5】(ZnO)mIn23焼結体のゼーベック係数
の温度依存性を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the temperature dependence of the Seebeck coefficient of a (ZnO) m In 2 O 3 sintered body.

【図6】(ZnO)mIn23焼結体の導電率の温度依
存性を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing the temperature dependence of the conductivity of a (ZnO) m In 2 O 3 sintered body.

【図7】(ZnO)mIn23焼結体の熱電変換出力因
子の温度依存性を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the temperature dependence of a thermoelectric conversion output factor of a (ZnO) m In 2 O 3 sintered body.

【図8】(ZnO)5InMO3焼結体の熱電変換出力因
子の温度依存性を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing the temperature dependence of a thermoelectric conversion output factor of a (ZnO) 5 InMO 3 sintered body.

【図9】(ZnO)5In2-xFex3焼結体の熱電変換
性能指数の温度依存性を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing the temperature dependence of the thermoelectric conversion performance index of a (ZnO) 5 In 2-x Fe x O 3 sintered body.

【図10】(ZnO)5(In1-xx23焼結体のゼ
ーベック係数の温度依存性を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing the temperature dependence of the Seebeck coefficient of a (ZnO) 5 (In 1-x Y x ) 2 O 3 sintered body.

【図11】(ZnO)5(In1-xx23焼結体の導
電率の温度依存性を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing the temperature dependence of the conductivity of a (ZnO) 5 (In 1-x Y x ) 2 O 3 sintered body.

【図12】(ZnO)5(In1-xx23焼結体の熱
電変換出力因子の温度依存性を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing the temperature dependence of a thermoelectric conversion output factor of a (ZnO) 5 (In 1-x Y x ) 2 O 3 sintered body.

【図13】(ZnO)5(In1-xx23焼結体にお
ける置換量xとゼーベック係数との関係を示す図であ
る。
FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the substitution amount x and the Seebeck coefficient in a (ZnO) 5 (In 1-x Y x ) 2 O 3 sintered body.

【図14】(ZnO)5(In1-xx23焼結体にお
ける置換量xと導電率との関係を示す図である。
FIG. 14 is a view showing the relationship between the substitution amount x and the electrical conductivity in a (ZnO) 5 (In 1-x Y x ) 2 O 3 sintered body.

【図15】(ZnO)5(In1-xx23焼結体にお
ける置換量xと熱電変換出力因子との関係を示す図であ
る。
FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the substitution amount x and the thermoelectric conversion output factor in a (ZnO) 5 (In 1-x Y x ) 2 O 3 sintered body.

【図16】(ZnO)5(In1-xx23焼結体の室
温における置換量xと導電率との関係を示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the amount of substitution x and the conductivity of a (ZnO) 5 (In 1-x Y x ) 2 O 3 sintered body at room temperature.

【図17】(ZnO)9(In1-xx23焼結体のゼ
ーベック係数の温度依存性を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing the temperature dependence of the Seebeck coefficient of a (ZnO) 9 (In 1-x Y x ) 2 O 3 sintered body.

【図18】(ZnO)9(In1-xx23焼結体の導
電率の温度依存性を示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing the temperature dependence of the conductivity of a (ZnO) 9 (In 1-x Y x ) 2 O 3 sintered body.

【図19】(ZnO)9(In1-xx23焼結体の熱
電変換出力因子の温度依存性を示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing the temperature dependence of a thermoelectric conversion output factor of a (ZnO) 9 (In 1-x Y x ) 2 O 3 sintered body.

【図20】960K及び1100Kにおける(ZnO)
9(In1-xx23焼結体のゼーベック係数と置換量
xとの関係を示す図である。
FIG. 20 (ZnO) at 960K and 1100K
FIG. 9 is a view showing the relationship between the Seebeck coefficient and the substitution amount x of a 9 (In 1-x Y x ) 2 O 3 sintered body.

【図21】960K及び1100Kにおける(ZnO)
9(In1-xx23焼結体の導電率と置換量xとの関
係を示す図である。
FIG. 21 (ZnO) at 960K and 1100K
FIG. 9 is a view showing the relationship between the conductivity of 9 (In 1-x Y x ) 2 O 3 sintered body and the substitution amount x.

【図22】960K及び1100Kにおける(ZnO)
9(In1-xx23焼結体の熱電変換出力因子と置換
量xとの関係を示す図である。
FIG. 22 (ZnO) at 960K and 1100K
9 is a diagram showing the relationship between (In 1-x Y x) 2 O 3 thermoelectric conversion power factor of sintered body substitution amount x.

【図23】(ZnO)m(In1-xx23焼結体の熱
伝導率の温度依存性を示す図である。
FIG. 23 is a diagram showing the temperature dependence of the thermal conductivity of a (ZnO) m (In 1-x Y x ) 2 O 3 sintered body.

【図24】(ZnO)m(In1-xx23焼結体の熱
電変換性能指数の温度依存性を示す図である。
FIG. 24 is a diagram showing the temperature dependence of the thermoelectric conversion performance index of a (ZnO) m (In 1-x Y x ) 2 O 3 sintered body.

【図25】(Zn1-xCoxO)5In23焼結体の11
20Kでの導電率及びゼーベック係数と置換量xとの関
係を示す図である。
FIG. 25 shows an example of (Zn 1 -x Co x O) 5 In 2 O 3 sintered body 11
It is a figure which shows the relationship between the electric conductivity and Seebeck coefficient at 20K, and the substitution amount x.

【図26】(Zn1-xCoxO)5In23焼結体の11
20Kでの熱電変換出力因子と置換量xとの関係を示す
図である。
FIG. 26 shows an example of 11 of (Zn 1 -x Co x O) 5 In 2 O 3 sintered body.
It is a figure which shows the relationship between the thermoelectric conversion output factor at 20K, and the substitution amount x.

【図27】(Zn1-xCoxO)5In23焼結体の室温
でのキャリアー濃度、ホール移動度及び導電率と置換量
xとの関係を示す図である。
FIG. 27 is a diagram showing the relationship between the carrier concentration, the hole mobility and the conductivity of the (Zn 1 -x Co x O) 5 In 2 O 3 sintered body at room temperature and the substitution amount x.

【図28】(Zn1-xCoxO)5In23焼結体の格子
定数から算出したa2cと置換量xとの関係を示す図で
ある。
FIG. 28 is a view showing the relationship between a 2 c calculated from the lattice constant of a (Zn 1 -x Co x O) 5 In 2 O 3 sintered body and the substitution amount x.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上山 竜祐 大阪府大阪市城東区放出西2丁目7番19号 大研化学工業株式会社内 (72)発明者 鎌田 和行 大阪府大阪市城東区放出西2丁目7番19号 大研化学工業株式会社内 (72)発明者 上山 守 大阪府大阪市城東区放出西2丁目7番19号 大研化学工業株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Ryusuke Ueyama, Inventor 2-7-19 Nishi, Joto-ku, Osaka City, Osaka Prefecture Inside Daiken Chemical Industry Co., Ltd. (72) Inventor Kazuyuki Kamata Emission, Joto-ku, Osaka 2-7-19 Nishi Daiken Chemical Industry Co., Ltd. (72) Inventor Mamoru Ueyama 2-7-19 Nishi Release, Joto-ku, Osaka City, Osaka Prefecture Daiken Chemical Industry Co., Ltd.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】Zn−In−O系酸化物であって、Znと
Inとの組成比率がZnO/In23モル比で5〜19
である熱電変換材料。
1. A Zn—In—O-based oxide, wherein the composition ratio of Zn and In is 5 to 19 in terms of ZnO / In 2 O 3 molar ratio.
Thermoelectric conversion material.
【請求項2】In3+イオンよりも大きなイオン半径をも
つ3価陽イオンによってInサイトの一部が置換されて
いる請求項1記載の熱電変換材料。
2. The thermoelectric conversion material according to claim 1, wherein a part of the In site is substituted by a trivalent cation having an ionic radius larger than that of the In 3+ ion.
【請求項3】Zn2+イオンよりも小さなイオン半径をも
つ2価陽イオンによってZnサイトの一部が置換されて
いる請求項1記載の熱電変換材料。
3. The thermoelectric conversion material according to claim 1, wherein a part of the Zn site is replaced by a divalent cation having an ion radius smaller than that of the Zn 2+ ion.
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