JP2001019544A - 熱電変換材料及び複合酸化物焼結体の製造方法 - Google Patents

熱電変換材料及び複合酸化物焼結体の製造方法

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JP2001019544A JP11189838A JP18983899A JP2001019544A JP 2001019544 A JP2001019544 A JP 2001019544A JP 11189838 A JP11189838 A JP 11189838A JP 18983899 A JP18983899 A JP 18983899A JP 2001019544 A JP2001019544 A JP 2001019544A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】十分に高い熱電変換効率を有し、しかも毒性が
少なく構成元素の存在量が高い、新規且つ好適な熱電変
換材料、及び複合酸化物焼結体の製造方法を提供するこ
と。 【解決手段】以下の各一般式 Bi2Sr2-xCaxCo2
w、Bi2Sr2-xBaxCo2w、Bi2Sr2-xPbx
Co2w、Bi2Ca2-xBaxCo2w、Bi2Ca2-x
PbxCo2w、Bi2Ba2-xPbxCo2w、Bi2-y
PbySr2Co2w、Bi2-yPbyCa2Co2w、B
2-yPbyBa2Co2w、Bi2Sr2 -zLazCo2w
又はBi2Ca2-zLazCo2w(各式中、0.0≦x
≦2.0、0.0≦y≦0.5、0.0<z≦0.5、
を示す。)で表される組成を有し、層状の結晶構造を有
し、且つ1.0×104S/m以上の電気伝導度を有す
複合酸化物焼結体を有効成分とすることを特徴とする
熱電変換材料及び該複合酸化物焼結体の製造方法

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、新規な複合酸化物
焼結体、その製造方法及びその用途に関する。
【0002】
【従来の技術】我が国では、一次供給エネルギーからの
有効なエネルギーの得率は30%程度しかなく、約70
%ものエネルギーを最終的には熱として大気中に廃棄し
ている。また、工場、ごみ焼却場等における燃焼により
生ずる熱も他のエネルギーに変換されることなく大気中
に廃棄されている。このように我々人類は非常に多くの
熱エネルギーを無駄に廃棄しており、化石エネルギーの
燃焼等の行為から僅かなエネルギーしか獲得していな
い。
【0003】エネルギーの得率を向上させるためには、
大気中に廃棄されている熱エネルギーを利用できるよう
になれば良い。そのためには熱エネルギーを直接電気エ
ネルギーに変換する熱電変換は有効な手段である。この
熱電変換とはゼーベック効果を利用したものである。即
ち、熱電変換材料の両端で温度差をつけることで電位差
を生じさせ、発電を行うエネルギー変換法である。この
熱電発電では熱電変換材料の一端を廃熱により生じた高
温部に、もう一端を大気中(室温)に配置しそれぞれの
両端に導線を接続するだけで電気が得られ、一般の発電
に必要なモーターやタービン等の可動装置は全く必要な
い。そのためコストも安く、更に燃焼等によるガスの排
出も無く、熱電変換材料が劣化するまで継続的に発電を
行うことができる。
【0004】上述の如く、熱電発電は今後心配されるエ
ネルギー問題の解決の一端を担うと期待されている。熱
電発電を実現するためには高い熱電変換効率と熱及び化
学的耐久性の高い熱電変換材料が必要となる。
【0005】現在、熱電変換材料として高い変換効率を
有する物質としては、金属間化合物が知られており、そ
の中でも変換効率が最も高い材料はBi2Te3である。
しかし、Bi2Te3の熱電変換効率は高々10%程度に
過ぎず、又200℃以下の温度でしか利用できず、Te
の毒性や稀少元素であることを考慮すると実用材として
の応用には限界がある。そのため、毒性が少なく構成元
素の存在量も高い、更には熱及び化学的耐久性に優れた
高い熱電変換効率を有する材料の開発が期待されてい
る。耐久性に優れた材料として酸化物材料が考えられる
が、酸化物材料の熱電変換効率はBi2Te3と比較して
一桁低いのが現状であった。
【0006】本発明者は、上記現状に鑑みて、高い熱電
変換効率を有する酸化物材料の研究開発を行っており、
先に、層状構造を有するBi2Sr2Co29及びBi2
Sr2CoO6の固相焼結体が酸化物材料としては高い熱
電変換効率を有することを発表した(1999年3月2
8日(社)応用物理学会発行、第46回応用物理学関係
連合講演会講演予稿集第223頁)。しかし、これらの
焼結体の熱電変換効率は、既存の金属間化合物材料に比
して依然低い値であり、更に変換効率の高い酸化物の開
発が必要であった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、十分
に高い熱電変換効率を有し、しかも毒性が少なく構成元
素の存在量が高く、熱電変換材料として好適な新規複合
酸化物焼結体を提供することにある。
【0008】本発明の他の目的は、上記複合酸化物焼結
体の製造方法及びその用途を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成すべく、鋭意検討し、先に発表した複合酸化物焼結
体は、電気伝導度が低いことに起因して熱電変換効率が
不十分となると推定して、更に研究を重ねた結果、特定
の組成と層状構造とを有し、しかも特定値以上の高い電
気伝導度を有する複合酸化物焼結体が十分に高い熱電変
換効率を有すること、かかる焼結体は原料粉末の仮焼、
成形後、一軸方向の加圧下に溶融焼結する特定の製造方
法により得られること等を見出し、これに基づき本発明
を完成するに至った。
【0010】即ち、本発明は、一般式 Bi2Sr2-xCaxCo2w (1)、 一般式 Bi2Sr2-xBaxCo2w (2)、 一般式 Bi2Sr2-xPbxCo2w (3)、 一般式 Bi2Ca2-xBaxCo2w (4)、 一般式 Bi2Ca2-xPbxCo2w (5)、 一般式 Bi2Ba2-xPbxCo2w (6)、 一般式 Bi2-yPbySr2Co2w (7)、 一般式 Bi2-yPbyCa2Co2w (8)、 一般式 Bi2-yPbyBa2Co2w (9)、 一般式 Bi2Sr2-zLazCo2w (10)
又は 一般式 Bi2Ca2-zLazCo2w (11) (各式中、0.0≦x≦2.0、0.0≦y≦0.5、
0.0<z≦0.5、を示す。)で表される組成を有
し、層状の結晶構造を有し、且つ1.0×104S/m
以上の電気伝導度を有することを特徴とする複合酸化物
焼結体に係る。
【0011】また、本発明は、上記一般式(1)〜(1
1)のいずれかで表される組成となるように、Bi供給
源、Sr供給源、Ca供給源、Co供給源、Ba供給
源、Pb供給源及びLa供給源から選ばれる3種又は4
種を混合した粉末を酸化雰囲気中で焼成して得られた仮
焼粉末を、加圧成形し、一軸方向の加圧下に、酸化雰囲
気中で加熱して部分溶融後、徐冷させて再結晶化するこ
とにより、焼成することを特徴とする上記複合酸化物焼
結体の製造方法にも係る。
【0012】更に、本発明は、上記複合酸化物焼結体を
有効成分とすることを特徴とする熱電変換材料にも係
る。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明の新規複合酸化物焼結体
は、(i)前記の一般式(1)〜(11)のいずれかで表
される特定の組成を有すること、(ii)層状の結晶構造を
有すること、及び(iii)1.0×104S/m以上という
高い電気伝導度を有すること、により特徴付けられる。
【0014】上記電気伝導度が1.0×104S/m未
満になると熱電変換効率が低下する傾向にあるので好ま
しくない。電気伝導度は、1.5×104〜1.0×1
5S/m程度の範囲であるのが、好適である。
【0015】かかる本発明複合酸化物焼結体は、後記す
る通り、ゼーベック係数(S)、電気伝導度(σ)及び
レーザーフラッシュ法で測定した熱伝導率(κ)から、 式 Z=S2σ/κ により算出される性能指数Zに温度(T)を乗じた値Z
Tにより表される熱電変換効率が、例えば、700℃に
おいて0.19以上という極めて高い値を示し、従って
熱電変換材料として極めて好適である。このZT値は、
一般に熱電変換材料の変換効率を評価するために用いら
れている指標である。
【0016】本発明の複合酸化物焼結体は、前記の溶融
焼結法に基づく本発明製造方法により、好適に調製する
ことができる。
【0017】即ち、本発明複合酸化物焼結体は、前記の
一般式(1)〜(11)のいずれかで表される組成とな
るように、Bi供給源、Sr供給源、Ca供給源、Co
供給源、Ba供給源、Pb供給源及びLa供給源から選
ばれる3種又は4種を混合した粉末を空気中等の酸化雰
囲気中で焼成して仮焼粉末を得、これを加圧成形し、次
いで該成形物を一軸方向の加圧下に、空気中等の酸化雰
囲気中で加熱して部分溶融後、徐冷させて再結晶化し
て、焼成する方法により、好適に調製することができ
る。ここで、「酸化雰囲気」とは、酸素が存在する雰囲
気を意味する。
【0018】原料物質としては、Bi供給源、Sr供給
源、Ca供給源、Co供給源、Ba供給源、Pb供給源
及びLa供給源から、目的複合酸化物の組成に応じて選
ばれる3種又は4種からなる混合粉末を用いる。
【0019】Bi供給源としては、焼成によりBi酸化
物を形成し得るものであれば、特に限定されず、Bi金
属単体、Biを含む各種の化合物を使用できる。該化合
物としては、酸化ビスマス(Bi23、Bi25)、硝
酸ビスマス(Bi(NO3)3)、塩化ビスマス(BiCl
3)、水酸化ビスマス(Bi(OH)3)、トリプロポキシ
ビスマス(Bi(OC37)3)等を例示できる。
【0020】Sr供給源としては、焼成によりSr酸化
物を形成し得るものであれば、特に限定されず、Sr金
属単体、Srを含む各種の化合物を使用できる。該化合
物としては、酸化ストロンチウム(SrO)、塩化スト
ロンチウム(SrCl2)、炭酸ストロンチウム(Sr
CO3)、硝酸ストロンチウム(Sr(NO3)2)、水酸
化ストロンチウム(Sr(OH)2)、ジメトキシストロ
ンチウム(Sr(OCH 3)2)、ジエトキシストロンチウ
ム(Sr(OC25)2)、ジプロポキシストロンチウム
(Sr(OC37)2)等を例示できる。
【0021】Ca供給源としては、焼成によりCa酸化
物を形成し得るものであれば、特に限定されず、Ca金
属単体、Caを含む各種の化合物を使用できる。該化合
物としては、酸化カルシウム(CaO)、塩化カルシウ
ム(CaCl2)、炭酸カルシウム(CaCO3)、硝酸
カルシウム(Ca(NO3)2)、水酸化カルシウム(Ca
(OH)2)、ジメトキシカルシウム(Ca(OC
3)2)、ジエトキシカルシウム(Ca(OC25)2)、
ジプロポキシカルシウム(Ca(OC37)2)等を例示
できる。
【0022】Co供給源としては、焼成によりCo酸化
物を形成し得るものであれば、特に限定されず、Co金
属単体、Coを含む各種の化合物を使用できる。該化合
物としては、酸化コバルト(CoO、Co23、Co3
4)、塩化コバルト(CoCl2)、炭酸コバルト(C
oCO3)、硝酸コバルト(Co(NO3)2)、水酸化コ
バルト(Co(OH)2)、ジプロポキシコバルト(Co
(OC37)2)等を例示できる。
【0023】Ba供給源としては、焼成によりBa酸化
物を形成し得るものであれば、特に限定されず、Ba金
属単体、Baを含む各種の化合物を使用できる。該化合
物としては、酸化バリウム(BaO、BaO2)、塩化
バリウム(BaCl2)、炭酸バリウム(BaCO3)、
硝酸バリウム(Ba(NO3)2)、水酸化バリウム(Ba
(OH)2)、ジメトキシバリウム(Ba(OCH3)2)、
ジエトキシバリウム(Ba(OC25)2)、ジプロポキ
シバリウム(Ba(OC37)2)等を例示できる。
【0024】Pb供給源としては、焼成によりPb酸化
物を形成し得るものであれば、特に限定されず、Pb金
属単体、Pbを含む各種の化合物を使用できる。該化合
物としては、酸化鉛(PbO、Pb34、PbO2)、
塩化鉛(PbCl2)、炭酸鉛(PbCO3)、硝酸鉛
(Pb(NO3)2)、水酸化鉛(Pb(OH)2)、ジプロ
ポキシ鉛(Pb(OC37)2)等を例示できる。
【0025】また、La供給源としては、焼成によりL
a酸化物を形成し得るものであれば、特に限定されず、
La金属単体、Laを含む各種の化合物を使用できる。
該化合物としては、酸化ランタン(La23)、塩化ラ
ンタン(LaCl3)、炭酸ランタン(La2(C
3)3)、硝酸ランタン(La(NO3)3)、水酸化ラン
タン(La(OH)3)、トリメトキシランタン(La(O
CH3)3)、トリエトキシランタン(La(OC
25)3)、トリプロポキシランタン(La(OC
37)3)等を例示できる。
【0026】更に、原料物質としては、Sr、Ca、C
o、Ba、Pb及びLaのいずれか二種以上の金属を含
む化合物を、供給源として使用してもよい。
【0027】上記のSr供給源、Ca供給源、Co供給
源、Ba供給源、Pb供給源及びLa供給源の3種又は
4種の混合割合は、目的複合酸化物の組成に応じて適宜
決定され、これらを常法により混合する。
【0028】この原料混合粉末を、空気中等の酸化雰囲
気中で、通常、500〜900℃程度の温度で5〜24
時間程度焼成し、必要に応じて粉砕して得られた仮焼原
料粉末を、500〜3000kg/cm2程度の圧力で
加圧成形する。成形する場合の形状は、特に限定され
ず、例えば、板状、立方体状、直方体状、球状、棒状、
これらを組み合わせた形状等の任意の形状とすることが
できる。
【0029】次いで、得られた成形物を、一軸方向の加
圧下に、空気中等の酸化雰囲気中で加熱して部分溶融
後、徐冷させて再結晶化することにより、焼成して、目
的の複合酸化物焼結体を好適に調製することができる。
【0030】上記の焼成における部分溶融は、例えば、
880〜940℃程度の温度で、1分〜3時間程度の時
間、行うのが、適当である。部分溶融後は、例えば、8
00〜850℃程度まで炉内温度を1〜10℃/hr程
度の冷却速度で下げて再結晶化を行い、更に800〜8
50℃程度で0〜72時間程度熱処理を行って再結晶化
を促進せしめても良い。
【0031】上記の焼成における部分溶融及び再結晶化
の一連の熱処理は、一軸方向の加圧下に、行われること
が必要である。加圧する圧力は、特に限定されない。例
えば、0.18kg/cm2程度でも良いし、150k
g/cm2程度であっても良い。
【0032】この部分溶融及び再結晶化の一連の熱処理
や一軸方向の加圧の圧力を、適宜変動させることによ
り、電気伝導度(σ)や熱電変換効率(ZT)をコント
ロールすることができる。
【0033】上記の仮焼及び焼成を行う手段は、特に限
定されず、例えば、電気加熱炉、ガス加熱炉等の任意の
手段を採用し得る。
【0034】次に、図面を参照しつつ、本発明を説明す
る。
【0035】図1は、本発明の溶融焼結法による製造方
法で調製した本発明複合酸化物焼結体(後記表1、実施
例1)を粉砕して得た粉末のX線回折パターン(a)
と、加圧することなく固相焼結法により調製した比較用
複合酸化物焼結体(後記表12、比較例1)を粉砕して
得た粉末のX線回折パターン(b)を示す。図1より、
両方の試料でパターンに明確な差異が無いことが判る。
【0036】図2は、実施例1の複合酸化物焼結体にお
ける加圧焼成時の加圧面(加圧軸に垂直な面)のX線回
折パターン(a)と側面(加圧軸に平行な面)のX線回
折パターン(b)、及び比較例1の複合酸化物焼結体に
おける仮焼原料粉末の加圧成形時の加圧面のX線回折パ
ターン(c)と側面のX線回折パターン(d)を示す。
【0037】図2より、次のことが判る。図2の各パタ
ーンに示されるように、実施例1において、加圧面では
(00n)で指数付けされる回折ピークが非常に強く観
察されたが、側面ではこれらのピークの回折強度は非常
に小さくなった。一方、比較例1では加圧面と側面のX
線回折パターンには大きな差はなく、又図1に示した粉
末の回折パターンともほぼ一致した。このことは、比較
例1の酸化物焼結体では結晶粒が配向化されておらず、
それぞれの結晶粒の結晶軸がランダムな方向を向いてい
るが、本発明の酸化物焼結体においては結晶粒のab面
が加圧面に平行、即ち加圧軸に垂直になるように配向し
ていることを示している。これは本発明の酸化物が層状
の結晶構造を有するため、部分溶融状態からの再結晶化
段階で加圧により、成長速度の速いab面が加圧面に平
行になるよう結晶成長するためである。上記の結晶粒の
高配向化は本発明の製造方法で作製された全ての実施例
で観察された。
【0038】図3は、本発明の複合酸化物焼結体の層状
の結晶構造を示す模式図である。
【0039】図4は、実施例1の複合酸化物焼結体の加
圧面を走査型電子顕微鏡(倍率150倍)で撮影した図
面に代わる写真を示す。図4より、本発明の複合酸化物
焼結体の結晶粒が板状形状を有し、そのab面が加圧面
に平行になるように配向した積層構造を有していること
が判る。
【0040】図5は、実施例1及び比較例1の各焼結体
の100〜700℃におけるゼーベック係数(S)の温
度依存性を示すグラフである。図5より、比較例1の焼
結体に比して、実施例1の本発明焼結体ではゼーベック
係数(S)が若干低くなったものの、500℃以上の高
温では90μV/K以上の高い値を有することが判る。
【0041】図6は、実施例1及び比較例1の各焼結体
の直流四端子法により測定した電気伝導度(σ)の温度
依存性を示すグラフである。図6より、比較例1の焼結
体では電気伝導度が5.0×103S/m程度であるの
に比して、本発明の実施例1の焼結体では2.0×10
4〜3.0×104S/m程度と4〜6倍高い値であるこ
とが判る。この原因は本発明の製造方法により結晶粒が
高配向化されたことにある。即ち、本発明の酸化物焼結
体は、図2に示されるように、二次元的な層状構造を有
するため、電気伝導度に異方性が生じ、ab面内の電気
伝導度はc軸方向よりも高くなる。そのため、ab面が
高配向化された本発明の酸化物焼結体では電気伝導度が
高くなった。
【0042】図7は、実施例1及び参考例1の各焼結体
について、ゼーベック係数(S)、電気伝導度(σ)及
びレーザーフラッシュ法で測定した熱伝導率(κ)か
ら、算出した性能指数Z(Z=S2σ/κ)に温度
(T)を乗じた値ZTの温度依存性を示すグラフであ
る。このZT値は、一般に熱電変換材料の変換効率を評
価するために用いられている指標である。図7より、実
施例1の本発明焼結体は、比較例1の焼結体に比して、
顕著に高いZT値を示すことが判る。
【0043】
【実施例】以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明を
より一層具体的に説明する。尚、各例における製造原料
としては、下記に示すものを用いた。
【0044】 Bi供給源:酸化ビスマス(Bi23)、 Sr供給源:炭酸ストロンチウム(SrCO3)、 Ca供給源:炭酸カルシウム(CaCO3)、 Co供給源:酸化コバルト(Co34)、 Ba供給源:炭酸バリウム(BaCO3)、 Pb供給源:酸化鉛(PbO)、 La供給源:酸化ランタン(La23)。
【0045】実施例1及び2 Bi:Sr:Co=1.00:1.00:1.00とな
る様に、Bi供給源、Sr供給源及びCo供給源を十分
に混合した後、アルミナルツボに入れ、電気炉を用い
て、空気中で800℃、10時間焼成し、粉砕して、仮
焼粉末を得た。この仮焼粉末を1300kg/cm2
圧力で、円板状に加圧成形した。この成形物を、一軸方
向の加圧下に、空気中で940℃、30分間加熱して部
分溶融させた。その後、炉内温度を5℃/hrの冷却速
度で840℃まで降温し、そのまま840℃で12時間
焼成した。上記一軸方向の加圧の圧力は、0.18kg
/cm2(実施例1)又は150kg/cm2(実施例
2)とした。
【0046】かくして、一般式 Bi2Sr2-xCax
2w (1) (式中、x=0を示す。)で表される本発明の複合酸化
物焼結体を得た。
【0047】実施例3〜13 焼成条件又は出発原料組成を、表1に示される様に変え
た他は、実施例1と同様にして、一般式 Bi2Sr2-x
CaxCo2w (1) (式中、x=0、0.5、1.0又は1.5を示す。)
で表される本発明の複合酸化物焼結体を得た。
【0048】下記表1に、実施例1〜13の組成(一般
式(1)におけるxの数値)、一軸方向の加圧の圧力、
焼成条件(部分溶融温度、溶融時間、冷却速度、840
℃での熱処理時間)、電気伝導度(σ)及び熱電変換効
率の指標であるZT値を示した。
【0049】
【表1】
【0050】実施例14〜16 焼成条件又は出発原料組成を、表2に示される様に変え
た他は、実施例1と同様にして、一般式 Bi2Sr2-x
BaxCo2w (2) (式中、x=0.5、1.0又は1.5を示す。)で表
される本発明の複合酸化物焼結体を得た。
【0051】下記表2に、実施例14〜16の組成(一
般式(2)におけるxの数値)、一軸方向の加圧の圧
力、焼成条件(部分溶融温度、溶融時間、冷却速度、8
40℃での熱処理時間)、電気伝導度(σ)及び熱電変
換効率の指標であるZT値を示した。
【0052】
【表2】
【0053】実施例17〜19 焼成条件又は出発原料組成を、表3に示される様に変え
た他は、実施例1と同様にして、一般式 Bi2Sr2-x
PbxCo2w (3) (式中、x=0.5、1.0又は1.5を示す。)で表
される本発明の複合酸化物焼結体を得た。
【0054】下記表3に、実施例17〜19の組成(一
般式(3)におけるxの数値)、一軸方向の加圧の圧
力、焼成条件(部分溶融温度、溶融時間、冷却速度、8
40℃での熱処理時間)、電気伝導度(σ)及び熱電変
換効率の指標であるZT値を示した。
【0055】
【表3】
【0056】実施例20〜25 焼成条件又は出発原料組成を、表4に示される様に変え
た他は、実施例1と同様にして、一般式 Bi2Ca2-x
BaxCo2w (4) (式中、x=0、0.5、1.0又は1.5を示す。)
で表される本発明の複合酸化物焼結体を得た。
【0057】下記表4に、実施例20〜25の組成(一
般式(4)におけるxの数値)、一軸方向の加圧の圧
力、焼成条件(部分溶融温度、溶融時間、冷却速度、8
40℃での熱処理時間)、電気伝導度(σ)及び熱電変
換効率の指標であるZT値を示した。
【0058】
【表4】
【0059】実施例26〜28 焼成条件又は出発原料組成を、表5に示される様に変え
た他は、実施例1と同様にして、一般式 Bi2Ca2-x
PbxCo2w (5) (式中、x=0.5、1.0又は1.5を示す。)で表
される本発明の複合酸化物焼結体を得た。
【0060】下記表5に、実施例26〜28の組成(一
般式(5)におけるxの数値)、一軸方向の加圧の圧
力、焼成条件(部分溶融温度、溶融時間、冷却速度、8
40℃での熱処理時間)、電気伝導度(σ)及び熱電変
換効率の指標であるZT値を示した。
【0061】
【表5】
【0062】実施例29〜37 焼成条件又は出発原料組成を、表6に示される様に変え
た他は、実施例1と同様にして、一般式 Bi2Ba2-x
PbxCo2w (6) (式中、x=0、0.5、1.0、1.5又は2.0を
示す。)で表される本発明の複合酸化物焼結体を得た。
【0063】下記表6に、実施例29〜37の組成(一
般式(6)におけるxの数値)、一軸方向の加圧の圧
力、焼成条件(部分溶融温度、溶融時間、冷却速度、8
40℃での熱処理時間)、電気伝導度(σ)及び熱電変
換効率の指標であるZT値を示した。
【0064】
【表6】
【0065】実施例38〜40 焼成条件又は出発原料組成を、表7に示される様に変え
た他は、実施例1と同様にして、一般式 Bi2-yPby
Sr2Co2w (7) (式中、y=0.1、0.2又は0.5を示す。)で表
される本発明の複合酸化物焼結体を得た。
【0066】下記表7に、実施例38〜40の組成(一
般式(7)におけるyの数値)、一軸方向の加圧の圧
力、焼成条件(部分溶融温度、溶融時間、冷却速度、8
40℃での熱処理時間)、電気伝導度(σ)及び熱電変
換効率の指標であるZT値を示した。
【0067】
【表7】
【0068】実施例41〜43 焼成条件又は出発原料組成を、表8に示される様に変え
た他は、実施例1と同様にして、一般式 Bi2-yPby
Ca2Co2w (8) (式中、y=0.1、0.2又は0.5を示す。)で表
される本発明の複合酸化物焼結体を得た。
【0069】下記表8に、実施例41〜43の組成(一
般式(8)におけるyの数値)、一軸方向の加圧の圧
力、焼成条件(部分溶融温度、溶融時間、冷却速度、8
40℃での熱処理時間)、電気伝導度(σ)及び熱電変
換効率の指標であるZT値を示した。
【0070】
【表8】
【0071】実施例44〜46 焼成条件又は出発原料組成を、表9に示される様に変え
た他は、実施例1と同様にして、一般式 Bi2-yPby
Ba2Co2w (9) (式中、y=0.1、0.2又は0.5を示す。)で表
される本発明の複合酸化物焼結体を得た。
【0072】下記表9に、実施例44〜46の組成(一
般式(9)におけるyの数値)、一軸方向の加圧の圧
力、焼成条件(部分溶融温度、溶融時間、冷却速度、8
40℃での熱処理時間)、電気伝導度(σ)及び熱電変
換効率の指標であるZT値を示した。
【0073】
【表9】
【0074】実施例47〜54 焼成条件又は出発原料組成を、表10に示される様に変
えた他は、実施例1と同様にして、一般式 Bi2Sr
2-zLazCo2w (10) (式中、z=0.1、0.2又は0.5を示す。)で表
される本発明の複合酸化物焼結体を得た。
【0075】下記表10に、実施例47〜54の組成
(一般式(10)におけるzの数値)、一軸方向の加圧
の圧力、焼成条件(部分溶融温度、溶融時間、冷却速
度、840℃での熱処理時間)、電気伝導度(σ)及び
熱電変換効率の指標であるZT値を示した。
【0076】
【表10】
【0077】実施例55〜62 焼成条件又は出発原料組成を、表11に示される様に変
えた他は、実施例1と同様にして、一般式 Bi2Ca
2-zLazCo2w (11) (式中、z=0.1、0.2又は0.5を示す。)で表
される本発明の複合酸化物焼結体を得た。
【0078】下記表11に、実施例55〜62の組成
(一般式(11)におけるzの数値)、一軸方向の加圧
の圧力、焼成条件(部分溶融温度、溶融時間、冷却速
度、840℃での熱処理時間)、電気伝導度(σ)及び
熱電変換効率の指標であるZT値を示した。
【0079】
【表11】
【0080】比較例1及び2 1999年3月28日(社)応用物理学会発行、第46
回応用物理学関係連合講演会講演予稿集第223頁に記
載された複合酸化物焼結体を、次のようにして、調製し
た。
【0081】即ち、Bi:Sr:Co=1.00:1.
00:1.00となる様に、Bi供給源、Sr供給源及
びCo供給源を十分に混合した後、アルミナルツボに入
れ、電気炉を用いて、空気中で800℃、10時間焼成
し、粉砕して、仮焼粉末を得た。この仮焼粉末を130
0kg/cm2の圧力で、円板状に加圧成形した。この
成形物を、加圧することなく(大気圧下に)、空気中で
840℃、60時間焼成した。
【0082】かくして、式 Bi2Sr2Co2w又は式
Bi2Sr2CoOwで表される比較用の複合酸化物焼
結体を得た。
【0083】下記表12に、比較例1及び2の組成、焼
成条件(温度、時間)、電気伝導度(σ)及び熱電変換
効率の指標であるZT値を示した。
【0084】
【表12】
【0085】上記各実施例に示される通り、得られた本
発明の各複合酸化物焼結体の電気伝導度(σ)は、全て
の実施例で2.0×104S/mを超える高い値であっ
た。
【0086】また、各実施例の本発明焼結体の700℃
におけるZTは、0.19〜0.40であり、比較例1
の比較用焼結体に比して、顕著に高い熱電変換効率を示
した。この本発明焼結体の熱電変換効率は、従来の金属
間化合物を含む全ての熱電変換材料と比しても高い値で
ある。
【0087】
【発明の効果】本発明によれば、前記一般式(1)〜
(11)で表される組成を有し、層状の結晶構造を有
し、且つ2.0x104S/m以上の高い電気伝導度を
有する新規な複合酸化物焼結体が提供されるという顕著
な効果が奏される。かかる本発明の複合酸化物焼結体
は、十分に高い熱電変換効率を有し、しかも毒性が少な
く構成元素の存在量も高く、熱電変換材料として極めて
好適なものである。
【0088】従って、本発明の複合酸化物焼結体によれ
ば、従来の金属間化合物材料では不可能であった、高温
での熱電変換材料としての応用も可能である。依って、
本発明の複合酸化物焼結体材料を熱電発電システム中に
組み込むことにより、これまで大気中に廃棄されていた
熱エネルギーを有効に利用することが可能になると期待
される。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、実施例1の複合酸化物焼結体の粉末X
線回折パターン(a)と、比較例1の複合酸化物焼結体
の粉末X線回折パターン(b)を示すものである。
【図2】図2は、実施例1の複合酸化物焼結体における
加圧焼成時の加圧面のX線回折パターン(a)と側面の
X線回折パターン(b)、及び比較例1の複合酸化物焼
結体における仮焼原料粉末の加圧成形時の加圧面のX線
回折パターン(c)と側面のX線回折パターン(d)を
示すものである。
【図3】図3は、本発明の複合酸化物焼結体の層状の結
晶構造を示す模式図である。
【図4】図4は、実施例1の複合酸化物焼結体の加圧面
を走査型電子顕微鏡(倍率150倍)で撮影した図面に
代わる写真を示すものである。
【図5】図5は、実施例1及び比較例1の各複合酸化物
焼結体の100〜700℃におけるゼーベック係数の温
度依存性を示すグラフである。
【図6】図6は、実施例1及び比較例1の各複合酸化物
焼結体の直流四端子法により測定した電気伝導度の温度
依存性を示すグラフである。
【図7】図7は、実施例1及び比較例1の各複合酸化物
焼結体のZT値の温度依存性を示すグラフである。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成12年4月28日(2000.4.2
8)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の名称】熱電変換材料及び複合酸化物焼結体の製
造方法
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0001
【補正方法】変更
【補正内容】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、新規な熱電変換材
料及び複合酸化物焼結体の製造方法に関する。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0007
【補正方法】変更
【補正内容】
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、十分
に高い熱電変換効率を有し、しかも毒性が少なく構成元
素の存在量が高い、新規且つ好適な熱電変換材料を提供
することにある。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0008
【補正方法】変更
【補正内容】
【0008】本発明の他の目的は、上記熱電変換材料の
有効成分である複合酸化物焼結体の製造方法を提供する
ことにある。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0010
【補正方法】変更
【補正内容】
【0010】即ち、本発明は、一般式 Bi2Sr2-xCaxCo2w
(1)、 一般式 Bi2Sr2-xBaxCo2w
(2)、 一般式 Bi2Sr2-xPbxCo2w
(3)、 一般式 Bi2Ca2-xBaxCo2w
(4)、 一般式 Bi2Ca2-xPbxCo2w
(5)、 一般式 Bi2Ba2-xPbxCo2w
(6)、 一般式 Bi2-yPbySr2Co2w
(7)、 一般式 Bi2-yPbyCa2Co2w
(8)、 一般式 Bi2-yPbyBa2Co2w
(9)、 一般式 Bi2Sr2-zLazCo2w (1
0)又は 一般式 Bi2Ca2-zLazCo2w (1
1) (各式中、0.0≦x≦2.0、0.0≦y≦0.5、
0.0<z≦0.5、を示す。)で表される組成を有
し、層状の結晶構造を有し、且つ1.0×104S/m
以上の電気伝導度を有する複合酸化物焼結体を有効成分
とすることを特徴とする熱電変換材料に係る。
【手続補正7】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0012
【補正方法】削除
【手続補正8】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0013
【補正方法】変更
【補正内容】
【0013】
【発明の実施の形態】本発明の新規熱電変換材料の有効
成分である複合酸化物焼結体は、(i)前記の一般式
(1)〜(11)のいずれかで表される特定の組成を有
すること、(ii)層状の結晶構造を有すること、及び(ii
i)1.0×104S/m以上という高い電気伝導度を有
すること、により特徴付けられる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 袖岡 賢 大阪府池田市緑丘1丁目8番31号 工業技 術院大阪工業技術研究所内 Fターム(参考) 4G030 AA08 AA09 AA10 AA13 AA28 AA40 AA43 BA01 BA21 CA01 CA03 CA05 GA22 GA23 GA25

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式 Bi2Sr2-xCaxCo2w (1)、 一般式 Bi2Sr2-xBaxCo2w (2)、 一般式 Bi2Sr2-xPbxCo2w (3)、 一般式 Bi2Ca2-xBaxCo2w (4)、 一般式 Bi2Ca2-xPbxCo2w (5)、 一般式 Bi2Ba2-xPbxCo2w (6)、 一般式 Bi2-yPbySr2Co2w (7)、 一般式 Bi2-yPbyCa2Co2w (8)、 一般式 Bi2-yPbyBa2Co2w (9)、 一般式 Bi2Sr2-zLazCo2w (10)
    又は 一般式 Bi2Ca2-zLazCo2w (11) (各式中、0.0≦x≦2.0、0.0≦y≦0.5、
    0.0<z≦0.5、を示す。)で表される組成を有
    し、層状の結晶構造を有し、且つ1.0×104S/m
    以上の電気伝導度を有することを特徴とする複合酸化物
    焼結体。
  2. 【請求項2】一般式 Bi2Sr2-xCaxCo2w (1)、 一般式 Bi2Sr2-xBaxCo2w (2)、 一般式 Bi2Sr2-xPbxCo2w (3)、 一般式 Bi2Ca2-xBaxCo2w (4)、 一般式 Bi2Ca2-xPbxCo2w (5)、 一般式 Bi2Ba2-xPbxCo2w (6)、 一般式 Bi2-yPbySr2Co2w (7)、 一般式 Bi2-yPbyCa2Co2w (8)、 一般式 Bi2-yPbyBa2Co2w (9)、 一般式 Bi2Sr2-zLazCo2w (10)
    又は 一般式 Bi2Ca2-zLazCo2w (11) (各式中、0.0≦x≦2.0、0.0≦y≦0.5、
    0.0<z≦0.5、を示す。)で表される組成となる
    ように、Bi供給源、Sr供給源、Ca供給源、Co供
    給源、Ba供給源、Pb供給源及びLa供給源から選ば
    れる3種又は4種を混合した粉末を酸化雰囲気中で焼成
    して得られた仮焼粉末を、加圧成形し、次いで一軸方向
    の加圧下に、酸化雰囲気中で加熱して部分溶融後、徐冷
    させて再結晶化することにより、焼成することを特徴と
    する請求項1に記載の複合酸化物焼結体の製造方法。
  3. 【請求項3】請求項1に記載された複合酸化物焼結体を
    有効成分とすることを特徴とする熱電変換材料。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003000605A1 (fr) * 2001-06-25 2003-01-03 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Procede de production d'un monocristal d'oxyde composite
JP2003034583A (ja) * 2001-07-18 2003-02-07 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 板状粉末の製造方法及び結晶配向セラミックスの製造方法
WO2004084321A1 (ja) * 2003-03-17 2004-09-30 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology 薄膜状熱電変換材料及びその形成方法
WO2005013383A1 (ja) * 2003-07-30 2005-02-10 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology 熱電変換素子及び熱電変換モジュール
US20050241689A1 (en) * 2004-04-30 2005-11-03 Lidong Chen Method of improving thermoelectric figure of merit of high efficiency thermoelectric materials
US7554029B2 (en) 2004-08-18 2009-06-30 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Complex oxide having p-type thermoelectric characteristics

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6806218B2 (en) 2001-04-26 2004-10-19 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Grain oriented ceramics, thermoelectric conversion element and production process thereof

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003000605A1 (fr) * 2001-06-25 2003-01-03 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Procede de production d'un monocristal d'oxyde composite
US6860938B2 (en) 2001-06-25 2005-03-01 National Institute Of Advanced Technology Method for producing single crystal of composite oxide
CN1312331C (zh) * 2001-06-25 2007-04-25 独立行政法人产业技术综合研究所 复合氧化物单晶的制造方法
JP2003034583A (ja) * 2001-07-18 2003-02-07 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 板状粉末の製造方法及び結晶配向セラミックスの製造方法
JP4635387B2 (ja) * 2001-07-18 2011-02-23 株式会社豊田中央研究所 板状粉末の製造方法及び結晶配向セラミックスの製造方法
WO2004084321A1 (ja) * 2003-03-17 2004-09-30 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology 薄膜状熱電変換材料及びその形成方法
WO2005013383A1 (ja) * 2003-07-30 2005-02-10 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology 熱電変換素子及び熱電変換モジュール
JPWO2005013383A1 (ja) * 2003-07-30 2006-09-28 独立行政法人産業技術総合研究所 熱電変換素子及び熱電変換モジュール
JP4595071B2 (ja) * 2003-07-30 2010-12-08 独立行政法人産業技術総合研究所 熱電変換素子、熱電変換モジュール及び熱電変換方法
US20050241689A1 (en) * 2004-04-30 2005-11-03 Lidong Chen Method of improving thermoelectric figure of merit of high efficiency thermoelectric materials
US8309839B2 (en) * 2004-04-30 2012-11-13 GM Global Technology Operations LLC Method of improving thermoelectric figure of merit of high efficiency thermoelectric materials
US7554029B2 (en) 2004-08-18 2009-06-30 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Complex oxide having p-type thermoelectric characteristics

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