JP2006052121A - Multiple oxide having excellent thermoelectric conversion performance - Google Patents

Multiple oxide having excellent thermoelectric conversion performance Download PDF

Info

Publication number
JP2006052121A
JP2006052121A JP2004311638A JP2004311638A JP2006052121A JP 2006052121 A JP2006052121 A JP 2006052121A JP 2004311638 A JP2004311638 A JP 2004311638A JP 2004311638 A JP2004311638 A JP 2004311638A JP 2006052121 A JP2006052121 A JP 2006052121A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
composite oxide
thermoelectric conversion
temperature
oxide
raw material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2004311638A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4193940B2 (en
Inventor
Yuji Mikami
祐史 三上
Ryoji Funahashi
良次 舟橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST filed Critical National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority to JP2004311638A priority Critical patent/JP4193940B2/en
Publication of JP2006052121A publication Critical patent/JP2006052121A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4193940B2 publication Critical patent/JP4193940B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new thermoelectric conversion material which has good heat resistance and chemical durability and a high Seebeck coefficient, and further superior electroconductivity. <P>SOLUTION: A multiple oxide has a composition expressed by general formula: Ca<SB>a</SB>M<SP>1</SP><SB>b</SB>Co<SB>c</SB>M<SP>2</SP><SB>d</SB>Ag<SB>e</SB>O<SB>f</SB>(wherein, M<SP>1</SP>is one or more kinds of elements selected from the group comprising Na, K, Li, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Pb, Sr, Ba, Al, Bi, Y and lanthanoids; M<SP>2</SP>is one or more kinds of elements selected from the group comprising Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Mo, W, Nb, Ta and Bi; 2.2≤a≤3.6; 0≤b≤0.8; 2≤c≤4.5; 0≤d≤2; 0≤e≤0.8; and 8≤f≤10). <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、p型熱電変換材料として優れた性能を有する複合酸化物、該複合酸化物から
なるp型熱電変換材料、及び熱電発電モジュールに関する。
The present invention relates to a composite oxide having excellent performance as a p-type thermoelectric conversion material, a p-type thermoelectric conversion material comprising the composite oxide, and a thermoelectric power generation module.

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%程度であり、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、工場やごみ焼却場などにおいて燃焼により生ずる熱も、その殆どが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、限りある化石燃料の燃焼などの行為から僅かなエネルギーしか獲得していない。   In Japan, the yield of effective energy from primary supply energy is about 30%, and about 70% of energy is finally discarded as heat into the atmosphere. Also, most of the heat generated by combustion in factories and garbage incinerators is discarded into the atmosphere without being converted into other energy. In this way, we humans are wasting a great deal of heat energy and gaining little energy from actions such as the burning of limited fossil fuels.

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することが有効である。そのための有効な一つの技術手段として、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がある。この熱電変換とは、ゼーベック効果を利用したものであり、熱電変換材料の両端に温度差を発生させることにより、電位差を生じさせて発電を行うエネルギー変換法である。この様な熱電変換を利用する発電、即ち、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配置し、もう一端を大気中(室温部)に配置して、それぞれの両端に導線を接続するだけで電気が得られるので、一般的な発電に必要なモータやタービンなどの可動装置は不要である。このため、設備コストも安く、燃焼などによるガスの排出もなく、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。また熱電発電は、高出力密度での発電が可能であるため、発電器(モジュール)そのものが小型、軽量化でき、携帯電話やノート型パソコン等の移動用電源としても用いることが可能である。   In order to improve the energy yield, it is effective to be able to use the thermal energy discarded in the atmosphere. One effective technical means for this purpose is thermoelectric conversion that directly converts thermal energy into electrical energy. This thermoelectric conversion uses the Seebeck effect and is an energy conversion method in which a potential difference is generated by generating a temperature difference at both ends of a thermoelectric conversion material to generate electric power. In power generation using such thermoelectric conversion, that is, thermoelectric power generation, one end of the thermoelectric conversion material is arranged in a high temperature part generated by waste heat, and the other end is arranged in the atmosphere (room temperature part), and both ends are arranged. Since electricity can be obtained simply by connecting a conducting wire to the motor, a movable device such as a motor or a turbine necessary for general power generation is unnecessary. For this reason, equipment cost is also low, there is no discharge | emission of gas by combustion etc., and it can generate electric power continuously until the thermoelectric conversion material deteriorates. In addition, since thermoelectric power generation can generate power with a high output density, the power generator (module) itself can be reduced in size and weight, and can also be used as a mobile power source for mobile phones, laptop computers, and the like.

このように、熱電発電は、今後予測されるエネルギー資源の枯渇という重大な問題に対する解決策の一端を担う技術して期待されているが、熱電発電を実現するためには、高い熱電変換効率を有し、耐熱性、化学的耐久性などに優れた熱電変換材料を大量に供給することが必要となる。   In this way, thermoelectric power generation is expected as a technology that will play a part in the solution to the serious problem of depletion of energy resources that will be predicted in the future, but in order to realize thermoelectric power generation, high thermoelectric conversion efficiency is expected. Therefore, it is necessary to supply a large amount of thermoelectric conversion materials having excellent heat resistance and chemical durability.

現在、高い熱電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いる。しかしながら、金属間化合物の熱電変換効率は最大でも10%程度であり、しかも空気中では約300℃以下の温度でしか利用できない。また、金属間化合物の種類によっては毒性元素や希少元素を構成元素とするものもある。   At present, intermetallic compounds are known as substances having high thermoelectric conversion efficiency. However, the thermoelectric conversion efficiency of intermetallic compounds is at most about 10%, and can only be used in air at a temperature of about 300 ° C. or lower. Some types of intermetallic compounds include toxic elements and rare elements as constituent elements.

このため、廃熱を利用する熱電変換は未だ実用化されるには至っておらず、毒性が少なく現存量の多い元素により構成され、耐熱性、化学的耐久性などに優れ、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。   For this reason, thermoelectric conversion using waste heat has not yet been put to practical use, is composed of elements that are less toxic and have a large amount of existing elements, has excellent heat resistance, chemical durability, etc., and has high thermoelectric conversion efficiency. Development of materials is expected.

近年、高い熱電変換効率を有する材料として、Ca、Bi、Sr、Naなどを含有するCo系複合酸化物が報告されている(非特許文献1)。しかしながら、これらの複合酸化物は、金属
間化合物に比べて電気抵抗率が高く、より高密度な熱電発電を実現するためには、複合酸化物の電気抵抗率を低減する必要がある。
Xuら、Applied Physics Letters vol. 80, pp. 3760-3762 (2002)
In recent years, Co-based composite oxides containing Ca, Bi, Sr, Na, and the like have been reported as materials having high thermoelectric conversion efficiency (Non-patent Document 1). However, these composite oxides have higher electrical resistivity than intermetallic compounds, and it is necessary to reduce the electrical resistivity of the composite oxide in order to realize higher density thermoelectric power generation.
Xu et al., Applied Physics Letters vol. 80, pp. 3760-3762 (2002)

本発明は、上記した従来技術の現状に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、耐熱性、化学的耐久性などが良好で、高いゼーベック係数を有する物質であって、更に、良好な電気伝導性を有する新規な熱電変換材料を提供することである。   The present invention has been made in view of the current state of the prior art described above, and its main purpose is a material having good heat resistance, chemical durability, etc., and a high Seebeck coefficient, and further good It is to provide a novel thermoelectric conversion material having excellent electrical conductivity.

本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねてきた。その結果、Caを含む特定組成のCo系複合酸化物の一部を特定量のAgで置換した複合酸化物は、高いゼーベック係数を有すると同時に、公知のCo系複合酸化物と比較して電気伝導性が良好であり、高い熱電変換効率を有する材料であることを見出し、ここに本発明を完成するに至った。   The present inventor has intensively studied to achieve the above object. As a result, a composite oxide obtained by substituting a part of a Co-based composite oxide having a specific composition containing Ca with a specific amount of Ag has a high Seebeck coefficient, and at the same time, compared with a known Co-based composite oxide. It has been found that the material has good conductivity and high thermoelectric conversion efficiency, and the present invention has been completed here.

即ち、本発明は、下記の複合酸化物、p型熱電変換材料、及び熱電変換モジュールを提供するものである。
1. 一般式:CaaM1 bCocM2 dAgeOf (式中、M1はNa、K、Li、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu
、Zn、Pb、Sr、Ba、Al、Bi、Yおよびランタノイドからなる群から選択される一種又は二
種以上の元素であり、M2はTi、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Mo、W、Nb、Ta及びBiからなる群から選択される一種又は二種以上の元素であり、2.2≦a≦3.6 ; 0≦b≦0.8 ; 2≦c≦4.5 ; 0≦d≦2 ; 0<e≦5 ; 8≦f≦10である。)で表される組成を有する複合酸化物。
2. 273K以上、分解温度未満の温度範囲において60μV/K以上のゼーベック係数を有す
る上記項1に記載の複合酸化物。
3. 273K以上、分解温度未満の温度範囲において20mΩcm以下の電気抵抗率を有する上
記項1又は2に記載の複合酸化物。
4. 273K以上、分解温度未満の温度範囲において10W/mK以下の熱伝導率を有する上記項1〜3のいずれかに記載の複合酸化物。
5. 複合酸化物単独、又は複合酸化物とAg金属微粒子とからなる複合物である請求項1〜4のいずれかに記載の複合酸化物。
6. 上記項1〜5のいずれかに記載の複合酸化物からなるp型熱電変換材料。
7. 上記項6に記載のp型熱電変換材料を含む熱電発電モジュール。

本発明の複合酸化物は、一般式:CaaM1 bCocM2 dAgeOfで表される組成を有するものであ
る。上記一般式において、M1はNa、K、Li、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Pb、Sr、Ba、Al、Bi、Yおよびランタノイドからなる群から選択される一種又は二種以上の元素であ
り、M2はTi、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Mo、W、Nb、Ta及びBiからなる群から選択される一種又は二種以上の元素である。尚、ランタノイド元素としては、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Lu等を例示できる。
That is, the present invention provides the following composite oxide, p-type thermoelectric conversion material, and thermoelectric conversion module.
1. Formula: Ca a M 1 b Co c M 2 d Ag e O f ( wherein, M 1 is Na, K, Li, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu
, Zn, Pb, Sr, Ba, Al, Bi, Y and one or more elements selected from the group consisting of lanthanoids, M 2 is Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, One or more elements selected from the group consisting of Mo, W, Nb, Ta and Bi, 2.2 ≦ a ≦ 3.6; 0 ≦ b ≦ 0.8; 2 ≦ c ≦ 4.5; 0 ≦ d ≦ 2; 0 <e ≦ 5; 8 ≦ f ≦ 10. A composite oxide having a composition represented by:
2. Item 2. The composite oxide according to Item 1, having a Seebeck coefficient of 60 µV / K or more in a temperature range of 273 K or more and less than the decomposition temperature.
3. Item 3. The composite oxide according to Item 1 or 2, which has an electrical resistivity of 20 mΩcm or less in a temperature range of 273 K or more and less than the decomposition temperature.
4). Item 4. The composite oxide according to any one of Items 1 to 3, having a thermal conductivity of 10 W / mK or less in a temperature range of 273 K or more and less than a decomposition temperature.
5. The composite oxide according to any one of claims 1 to 4, which is a composite oxide alone or a composite comprising the composite oxide and Ag metal fine particles.
6). A p-type thermoelectric conversion material comprising the composite oxide according to any one of Items 1 to 5.
7). A thermoelectric power generation module comprising the p-type thermoelectric conversion material according to Item 6.

Composite oxides of the present invention have the general formula: are those having a composition represented by Ca a M 1 b Co c M 2 d Ag e O f. In the above general formula, M 1 is selected from the group consisting of Na, K, Li, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Pb, Sr, Ba, Al, Bi, Y and lanthanoids One or more elements, and M 2 is one or more elements selected from the group consisting of Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Mo, W, Nb, Ta, and Bi. It is. Examples of lanthanoid elements include La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, and Lu.

また、式中a値 は2.2≦a≦3.6、b値は 0≦b≦0.8、c値は2≦c≦4.5、d値は0≦d≦2、e
値は0<e≦5、f値は8≦f≦10である。特に、a値とb値の合計は、2.5≦a+b≦3.1であることが好ましく、c値とd値の合計は3.4≦c+d≦4.2であることが好ましい。
In the formula, a value is 2.2 ≦ a ≦ 3.6, b value is 0 ≦ b ≦ 0.8, c value is 2 ≦ c ≦ 4.5, d value is 0 ≦ d ≦ 2, e
The value is 0 <e ≦ 5, and the f value is 8 ≦ f ≦ 10. In particular, the sum of the a value and the b value is preferably 2.5 ≦ a + b ≦ 3.1, and the sum of the c value and the d value is preferably 3.4 ≦ c + d ≦ 4.2.

上記一般式においてbが0を上回り、且つdが0を上回る場合、即ち、0<b≦0.8であって、0<d≦2である場合には、M1及びM2成分が必須の成分となり、これらの成分の種類、量などを適宜調整することによって、b=0且つd=0の複合酸化物と比較して、ゼーベック係数を向上させることや、電気抵抗率、熱伝導率等を低下させることができ、有用性の高い熱電変換材料となる。特に、b値は、0<b≦0.4であることが好ましく、d値は、0<d≦1であることが好ましい。この様な範囲内であれば、M1及びM2成分を含む場合であっても、結晶構造の安定性が良好である。また、e値は、0<e≦2であることが好ましく、0.03<e≦1であるこ
とが更に好ましい。
In the above general formula, when b exceeds 0 and d exceeds 0, that is, when 0 <b ≦ 0.8 and 0 <d ≦ 2, the components M 1 and M 2 are essential components. By appropriately adjusting the type and amount of these components, the Seebeck coefficient can be improved, the electrical resistivity, the thermal conductivity, etc. compared to the composite oxide of b = 0 and d = 0. Therefore, the thermoelectric conversion material is highly useful. In particular, the b value is preferably 0 <b ≦ 0.4, and the d value is preferably 0 <d ≦ 1. Within such a range, the stability of the crystal structure is good even when the M 1 and M 2 components are included. The e value is preferably 0 <e ≦ 2, and more preferably 0.03 <e ≦ 1.

上記一般式で表される複合酸化物は、Ca、Co、Ag及びOにより構成される岩塩型構造を
有する層と、六つのOが一つのCoに八面体配位し、その八面体がお互いに辺を共有するよ
うに二次元的に配列したCoO2層が交互に積層した構造を有するものであり、岩塩型構造を有する層のCaの一部がM1によって置換され、さらに岩塩型構造を有する層のCoの一部及びCoO2層の一部がM2によって置換されている。
The composite oxide represented by the above general formula includes a layer having a rock salt structure composed of Ca, Co, Ag, and O, and six O's octahedrally coordinated to one Co. CoO 2 layers that are two-dimensionally arranged so as to share sides are alternately stacked, and a portion of Ca in the layer having a rock salt structure is replaced by M 1 , and the rock salt structure A part of Co and a part of the CoO 2 layer in the layer having s are substituted with M 2 .

また、上記組成式において、Agの比率を示すe値が大きくなると、上記した構造を有する複合酸化物の他にAgが金属元素として析出して、複合酸化物の粒子間にAg粒子が存在する複合物となる。Agが金属として析出する場合のe値は、その他の成分の組成によって異なるので一概に規定できないが、通常、e値が0.5程度以上であれば、Ag金属が複合酸化物の粒子間に析出する。また、通常、e値が0.2程度以下であれば、上記した構造の複合酸化物のみが形成される。   Further, in the above composition formula, when the e value indicating the Ag ratio increases, Ag precipitates as a metal element in addition to the composite oxide having the above structure, and Ag particles exist between the composite oxide particles. It becomes a composite. The e value when Ag precipitates as a metal varies depending on the composition of the other components, and thus cannot be defined unconditionally. However, if the e value is about 0.5 or more, the Ag metal is usually between the composite oxide particles. Precipitate. In general, when the e value is about 0.2 or less, only the complex oxide having the above structure is formed.

図1に、本発明の複合酸化物の内で、後述する実施例1で得られた組成式: Ca3Co3.8Ag0.2O9で表される複合酸化物の多結晶体と、実施例1と同様の条件で作製した公知のCa3Co4O9多結晶体のX線回折図を示す。これらのX線回折パターンから明らかなように、不純物
の存在が多少観察されるものの、本発明の複合酸化物は、公知のCa3Co4O9と同様の結晶構造を有することが認められる。
FIG. 1 shows a polycrystal of a composite oxide represented by the composition formula Ca 3 Co 3.8 Ag 0.2 O 9 obtained in Example 1 to be described later, among the composite oxides of the present invention. 2 shows an X-ray diffraction pattern of a known Ca 3 Co 4 O 9 polycrystal produced under the same conditions as in FIG. As is apparent from these X-ray diffraction patterns, although the presence of impurities is somewhat observed, it is recognized that the composite oxide of the present invention has a crystal structure similar to that of known Ca 3 Co 4 O 9 .

また、図2に、後述する実施例200で得られた組成式: Ca3Co4Ag0.5O9で表される複
合酸化物の多結晶体と、実施例1と同様の条件で作製した公知のCa3Co4O9多結晶体のX線
回折図を示す。これらのX線回折パターンから明らかなように、e値が0.5である実施
例200の複合酸化物は、公知のCa3Co4O9と同様の結晶構造を有し、更に、Ag粒子を含むものであることが判る。
Further, FIG. 2 shows a polycrystal of a composite oxide represented by a composition formula: Ca 3 Co 4 Ag 0.5 O 9 obtained in Example 200, which will be described later, and a known material produced under the same conditions as in Example 1. X-ray diffraction pattern of Ca 3 Co 4 O 9 polycrystal is shown. As is apparent from these X-ray diffraction patterns, the composite oxide of Example 200 having an e value of 0.5 has a crystal structure similar to that of known Ca 3 Co 4 O 9, and further, Ag particles It is understood that it contains.

上記一般式で表される本発明の複合酸化物は、正のゼーベック係数を有するものであり、該複合酸化物からなる材料の両端に温度差を生じさせた場合に、ゼーベック係数により生じる電位が、高温側の方が低温側に比べて低くなるp型熱電変換材料としての特性を示
すものである。具体的には、該複合酸化物は、例えば273Kにおいて60μV/K以上のゼーベ
ック係数を有し、これを上回る温度においても、同様に高いゼーベック係数を有することができる。
The composite oxide of the present invention represented by the above general formula has a positive Seebeck coefficient, and when a temperature difference is caused between both ends of the composite oxide material, the potential generated by the Seebeck coefficient is The characteristics as a p-type thermoelectric conversion material are lower on the high temperature side than on the low temperature side. Specifically, the composite oxide has, for example, a Seebeck coefficient of 60 μV / K or more at 273 K, and can have a high Seebeck coefficient at a temperature higher than this.

更に、該複合酸化物は、良好な電気伝導性を示し、273Kにおいて20mΩcm以下の低い電
気抵抗率を有するものであり、これを上回る温度においても20mΩcm以下の電気抵抗率を
保つことができる。
Furthermore, the composite oxide exhibits good electrical conductivity, has a low electrical resistivity of 20 mΩcm or less at 273 K, and can maintain an electrical resistivity of 20 mΩcm or less even at a temperature higher than this.

上記一般式で表される複合酸化物の内で、Ag金属の存在が認められるものについては、特に、電気抵抗率が低い値となって、良好な熱電変換性能を有するものとなる傾向がある。   Among the composite oxides represented by the above general formula, those having the presence of Ag metal tend to have particularly low thermoelectric resistance and good thermoelectric conversion performance. .

尚、本発明の複合酸化物は、1300K付近に分解温度を有するので、これを上回る温度で
は、上記特性を発揮することはできない。
The composite oxide of the present invention has a decomposition temperature in the vicinity of 1300K, so that the above characteristics cannot be exhibited at a temperature higher than this.

本発明の複合酸化物の製造方法については、特に限定はなく、上記した組成を有する単結晶体又は多結晶体を製造できる方法であればよい。   The method for producing the composite oxide of the present invention is not particularly limited as long as it is a method capable of producing a single crystal or a polycrystal having the above composition.

例えば、目的とする複合酸化物の元素成分比率と同様の元素成分比率となるように原料物質を混合し、焼成することによって、本発明の複合酸化物を製造することができる。   For example, the composite oxide of the present invention can be produced by mixing raw materials and firing so that the element component ratio is the same as the element component ratio of the target composite oxide.

原料物質としては、焼成により酸化物を形成し得るものであれば特に限定されず、元素単体、酸化物、各種化合物(炭酸塩等)等を使用できる。例えば、Ca源としては、カルシウム(Ca)、酸化カルシウム(CaO)、過酸化カルシウム(CaO2)、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)、塩化カルシウム(CaCl2)およびその水和物、アルコキシド化合物(ジメトキシカルシウム(Ca(OCH3)2)、ジエトキシカルシウム(Ca(OC2H5)2)、ジプロポキシカルシウム(Ca(OC3H7)2)等)等を使用でき、Co源としては、
コバルト(Co)、酸化コバルト(CoO、Co2O3、Co3O4)、炭酸コバルト(CoCO3)、硝酸コバルト(Co(NO3)2)、水酸化コバルト(Co(OH)2)、塩化コバルト(CoCl2)、アルコキシド化合物(ジ
プロポキシコバルト(Co(OC3H7)2等)等を使用でき、Ag源としては銀(Ag)、酸化銀(Ag2O、AgO)、塩化銀(AgCl)、硝酸銀(AgNO3)、硫酸銀(Ag2SO4)、フッ化銀(AgF)等を使用できる。
その他の元素についても同様に元素単体、酸化物、塩化物、炭酸塩、硝酸塩、水酸化物、アルコキシド化合物等を用いることができる。また本発明の複合酸化物の構成元素を二種以上含む化合物を使用しても良い。上記した原料物質は、各元素源の物質について、一種単独又は二種以上混合して用いることができる。
The raw material is not particularly limited as long as it can form an oxide by firing, and elemental simple substance, oxide, various compounds (such as carbonates) and the like can be used. For example, calcium sources include calcium (Ca), calcium oxide (CaO), calcium peroxide (CaO 2 ), calcium carbonate (CaCO 3 ), calcium nitrate (Ca (NO 3 ) 2 ), calcium hydroxide (Ca ( OH) 2), calcium chloride (CaCl 2) and its hydrates, alkoxide compounds (dimethoxy calcium (Ca (OCH 3) 2), diethoxy calcium (Ca (OC 2 H 5) 2), dipropoxy calcium (Ca (OC 3 H 7 ) 2 ) etc.) can be used.
Cobalt (Co), cobalt oxide (CoO, Co 2 O 3 , Co 3 O 4 ), cobalt carbonate (CoCO 3 ), cobalt nitrate (Co (NO 3 ) 2 ), cobalt hydroxide (Co (OH) 2 ), Cobalt chloride (CoCl 2 ), alkoxide compounds (dipropoxycobalt (Co (OC 3 H 7 ) 2 etc.) can be used, and Ag source is silver (Ag), silver oxide (Ag 2 O, AgO), silver chloride (AgCl), silver nitrate (AgNO 3 ), silver sulfate (Ag 2 SO 4 ), silver fluoride (AgF) and the like can be used.
As for other elements, elemental elements, oxides, chlorides, carbonates, nitrates, hydroxides, alkoxide compounds, and the like can be similarly used. A compound containing two or more constituent elements of the composite oxide of the present invention may be used. The raw material materials described above can be used singly or in combination of two or more for each element source material.

焼成温度及び焼成時間については、目的とする複合酸化物が形成される条件とすれば良く、特に限定されないが、例えば、800〜1200℃程度の温度範囲において、20時間〜40時
間程度焼成すれば良い。尚、原料物質として炭酸塩や有機化合物等を用いる場合には、焼成する前に予め仮焼きして原料物質を分解させた後、焼成して目的の複合酸化物を形成することが好ましい。例えば、原料物質として炭酸塩を用いる場合には、600〜800℃程度で10時間程度仮焼きした後、上記した条件で焼成すれば良い。
The firing temperature and firing time may be the conditions under which the target composite oxide is formed, and are not particularly limited. For example, in the temperature range of about 800 to 1200 ° C., the firing may be performed for about 20 hours to 40 hours. good. In the case where carbonates, organic compounds, or the like are used as the raw material, it is preferable to pre-fire before firing to decompose the raw material, and then fire to form the desired composite oxide. For example, when carbonate is used as the raw material, it may be calcined at about 600 to 800 ° C. for about 10 hours and then fired under the above-described conditions.

焼成手段は特に限定されず、電気加熱炉、ガス加熱炉等任意の手段を採用できる。焼成雰囲気は、通常、酸素気流中、空気中等の酸化性雰囲気中とすればよいが、原料物質が十分量の酸素を含む場合には、例えば、不活性雰囲気中で焼成することも可能である。生成する複合酸化物中の酸素量は、焼成時の酸素分圧、焼成温度、焼成時間等により制御することができ、酸素分圧が高い程、上記一般式における酸素比率を高くすることができる。   The firing means is not particularly limited, and any means such as an electric heating furnace or a gas heating furnace can be adopted. The firing atmosphere may be usually an oxidizing atmosphere such as in an oxygen stream or in the air. However, if the source material contains a sufficient amount of oxygen, for example, it may be fired in an inert atmosphere. . The amount of oxygen in the produced composite oxide can be controlled by the oxygen partial pressure during firing, the firing temperature, the firing time, and the like. The higher the oxygen partial pressure, the higher the oxygen ratio in the above general formula. .

以上の方法で得られる複合酸化物は、通常、多結晶体であるが、例えば、原料物質を混合し、加熱して溶融させた後、徐々に冷却する方法によれば、単結晶体を製造することができる。   The composite oxide obtained by the above method is usually a polycrystalline body. For example, according to a method of mixing raw materials, heating and melting them, and then gradually cooling them, a single crystal body is produced. can do.

原料物質としては、原料物質の混合物を加熱した際に、均一な溶融物を形成できるものであればよく、例えば、元素単体、酸化物、各種化合物(炭酸塩等)等を使用できる。これらの原料物質としては、例えば、上記した焼成法と同様の原料物質を用いることができる。原料物質の混合割合は、目的とする複合酸化物と相平衡にある溶融物を形成できる割合とすればよい。   The raw material is not particularly limited as long as it can form a uniform melt when the mixture of raw materials is heated. For example, elemental elements, oxides, various compounds (such as carbonates) and the like can be used. As these raw material materials, for example, the same raw material materials as those in the firing method described above can be used. The mixing ratio of the raw materials may be a ratio that can form a melt in phase equilibrium with the target composite oxide.

具体的な方法としては、目的とする単結晶組成と平衡な溶液状態となるように、原料混合物を加熱して溶融させた後、冷却すればよい。   As a specific method, the raw material mixture may be heated and melted so as to be in a solution state in equilibrium with the target single crystal composition, and then cooled.

加熱時間については特に限定はなく、均一な溶液状態となるまで加熱すればよい。加熱手段は特に限定されず、電気加熱炉、ガス加熱炉等任意の手段を採用できる。溶融時の雰囲気は、通常、酸素気流中、空気中等の酸化性雰囲気中とすればよいが、原料物質が十分量の酸素を含む場合には、例えば、不活性雰囲気中で溶融することも可能である。   There is no particular limitation on the heating time, and heating may be performed until a uniform solution state is obtained. The heating means is not particularly limited, and any means such as an electric heating furnace or a gas heating furnace can be adopted. The atmosphere at the time of melting is usually an oxidizing atmosphere such as an oxygen stream or in the air. However, when the raw material contains a sufficient amount of oxygen, it can be melted in an inert atmosphere, for example. It is.

冷却方法についても特に限定的ではなく、溶液状態の原料の全体を冷却しても良いが、均一な冷却が難しい場合には、例えば、冷却した白金線を浸漬して、その周囲に単結晶を析出させる方法等、部分的に冷却する方法を採用すればよい。冷却速度については、特に限定的ではないが、例えば、毎時50℃程度以下の冷却速度とすればよい。   The cooling method is not particularly limited, and the whole raw material in solution may be cooled. However, when uniform cooling is difficult, for example, a cooled platinum wire is immersed and a single crystal is formed around it. What is necessary is just to employ | adopt the method of partially cooling, such as the method of making it precipitate. The cooling rate is not particularly limited. For example, the cooling rate may be about 50 ° C. or less.

また、原料混合物を直接溶融することに代えて、原料混合物に、溶融物の融点調整などを目的として、その他の成分を添加し、この混合物を加熱して溶融させても良い。この様
な複合酸化物の金属源となる物質以外の添加成分(フラックス成分)を加えて溶融させる方法は、いわゆる“フラックス法”と称される方法である。この方法によれば、原料混合物に含まれるフラックス成分の一部が加熱により溶融し、その化学変化、溶解作用などによって、原料物質全体が溶液状態となり、原料混合物を直接冷却する方法と比べて低い温度で溶融物を得ることができる。そして、溶液状態の原料物質の冷却速度を適度に制御して冷却することによって、冷却に伴う過飽和状態を用いて目的とする単結晶を成長させることができる。この冷却過程においては、原料物質が溶融して形成された溶液と相平衡にある固相組成のCa、Co、Ag、M1及びM2を含む複合酸化物の単結晶が成長する。よって、互いに平衡状態にある融液相と固相(単結晶)の組成の関係に基づいて、目的とする複合酸化物単結晶の組成に対応する原料混合物におけるCa源となる物質、Co源となる物質、Ag成分の供給源となる物質、M1成分の供給源となる物質、及びM2成分の供給源となる物質の割合を決めることができる。その際、原料中に含まれるフラックス成分は融液成分として残り、成長する単結晶の構成成分には含まれない。この様なフラックス成分としては、原料物質と比べて低融点であり、形成される融液中に原料物質を十分に溶解することができ、しかも目的とする複合酸化物の特性を阻害しない物質から適宜選択して用いればよい。例えば、アルカリ金属化合物、ホウ素含有化合物などを好適に用いることができる。アルカリ金属化合物の具体例としては、塩化リチウム(LiCl)、塩化ナトリウム(NaCl)、塩化カリウム(KCl)などのアルカリ金属塩化物、これらの水和物;炭酸リチウム(Li2CO3)、炭酸ナト
リウム(Na2CO3)、炭酸カリウム(K2CO3)などのアルカリ金属炭酸塩などを挙げることがで
きる。ホウ素含有化合物の具体例としては、ホウ酸(B2O3)などを挙げることができる。これらの任意の添加成分についても、それぞれを単独あるいは二種以上混合して用いることができる。これらのフラックス成分の量については特に限定的ではなく、形成される融液中への原料物質の溶解度を考慮して、できるだけ高濃度の原料物質を含む溶液が形成されるように、実際の加熱温度に応じて使用量を決めればよい。原料混合物を溶融させる方法については特に限定的ではなく、溶融した原料混合物が溶液状態となる条件で加熱すれば良い。実際の加熱温度は、使用するフラックス成分の種類などによって異なるが、例えば800〜1000℃程度の温度範囲において、20時間〜40時間程度加熱して溶融させれば良い。
加熱手段は特に限定されず、電気加熱炉、ガス加熱炉等任意の手段を採用できる。溶融時の雰囲気は、通常、酸素気流中、空気中等の酸化性雰囲気中とすればよいが、原料物質が十分量の酸素を含む場合には、例えば、不活性雰囲気中で溶融することも可能である。
Instead of directly melting the raw material mixture, other components may be added to the raw material mixture for the purpose of adjusting the melting point of the melt and the mixture may be heated to melt. A method of adding and melting an additive component (flux component) other than the material that becomes a metal source of such a composite oxide is a so-called “flux method”. According to this method, a part of the flux component contained in the raw material mixture is melted by heating, and due to its chemical change, dissolving action, etc., the entire raw material substance is in a solution state, which is lower than the method of directly cooling the raw material mixture. A melt can be obtained at temperature. And the target single crystal can be grown using the supersaturated state accompanying cooling by controlling the cooling rate of the raw material substance of a solution state moderately. In this cooling process, a single crystal of a complex oxide containing Ca, Co, Ag, M 1 and M 2 having a solid phase composition in phase equilibrium with a solution formed by melting the raw material is grown. Therefore, based on the relationship between the composition of the melt phase and the solid phase (single crystal) in equilibrium with each other, the source of Ca in the raw material mixture corresponding to the composition of the target composite oxide single crystal, the Co source made materials can be determined substance serving as a source of Ag component, material comprising a source of M 1 component, and the rate of supply become material M 2 component. At that time, the flux component contained in the raw material remains as a melt component and is not included in the constituent components of the growing single crystal. As such a flux component, it has a low melting point compared to the raw material, can sufficiently dissolve the raw material in the melt to be formed, and does not disturb the properties of the target composite oxide. What is necessary is just to select and use suitably. For example, an alkali metal compound or a boron-containing compound can be preferably used. Specific examples of alkali metal compounds include alkali metal chlorides such as lithium chloride (LiCl), sodium chloride (NaCl), and potassium chloride (KCl), and hydrates thereof; lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), sodium carbonate Examples thereof include alkali metal carbonates such as (Na 2 CO 3 ) and potassium carbonate (K 2 CO 3 ). Specific examples of the boron-containing compound include boric acid (B 2 O 3 ). These optional additive components can also be used alone or in admixture of two or more. The amount of these flux components is not particularly limited. Considering the solubility of the raw material in the melt to be formed, actual heating is performed so that a solution containing the raw material at a concentration as high as possible is formed. What is necessary is just to decide usage-amount according to temperature. The method for melting the raw material mixture is not particularly limited, and heating may be performed under the condition that the molten raw material mixture is in a solution state. The actual heating temperature varies depending on the type of flux component to be used, but for example, it may be heated and melted for about 20 to 40 hours in a temperature range of about 800 to 1000 ° C.
The heating means is not particularly limited, and any means such as an electric heating furnace or a gas heating furnace can be adopted. The atmosphere at the time of melting is usually an oxidizing atmosphere such as an oxygen stream or in the air. However, when the raw material contains a sufficient amount of oxygen, it can be melted in an inert atmosphere, for example. It is.

冷却速度については、特に限定的ではなく、冷却速度を遅くするほど単結晶を大型化することが可能であり、例えば毎時50℃程度以下の速度で冷却すればよい。形成される複合酸化物単結晶の大きさ、収率などは、原料物質の種類と組成比、溶融成分の組成、冷却速度などによって変わり得るが、例えば毎時50℃程度以下の冷却速度で試料が固化するまで冷却する場合には、幅1mm程度以上、長さ1mm程度以上、厚さ0.005mm程度以上の板状の形
状を有する単結晶を得ることができる。
The cooling rate is not particularly limited. The slower the cooling rate, the larger the single crystal can be. For example, the cooling rate may be about 50 ° C. or less. The size, yield, etc. of the formed complex oxide single crystal may vary depending on the type and composition ratio of the raw material, the composition of the molten component, the cooling rate, etc. In the case of cooling until solidification, a single crystal having a plate shape having a width of about 1 mm or more, a length of about 1 mm or more, and a thickness of about 0.005 mm or more can be obtained.

次いで、冷却により形成された固化物から、目的とする複合酸化物単結晶以外の成分を除去することによって、目的とする複合酸化物の単結晶を得ることができる。目的物以外の成分を除去する方法としては、複合酸化物単結晶に付着している水溶性の成分、例えば、塩化物などについては、蒸留水による洗浄と濾過を繰り返して行い、さらに必要に応じてエタノール洗浄などを併用することによって、目的生成物から除去することができる。また、非水溶性の残留物は、通常、複合酸化物単結晶に比べて十分に大きい顆粒状あるいは十分に小さい粉体状となって存在するので、例えば篩などを用いる分離手法により、目的とする複合酸化物単結晶から除去することができる。   Next, by removing components other than the target complex oxide single crystal from the solidified product formed by cooling, the target complex oxide single crystal can be obtained. As a method for removing components other than the target product, water-soluble components adhering to the composite oxide single crystal, such as chloride, are repeatedly washed with distilled water and filtered, and further if necessary. In combination with ethanol washing, it can be removed from the target product. In addition, the water-insoluble residue usually exists in a sufficiently large granular form or sufficiently small powder form as compared with the composite oxide single crystal. Can be removed from the complex oxide single crystal.

上記した方法で得ることができる本発明の複合酸化物は、耐熱性、化学的耐久性等が良好であって、毒性の少ない元素により構成されており、p型熱電変換材料としての特性を示すものである。   The composite oxide of the present invention that can be obtained by the above-described method has good heat resistance, chemical durability, etc., is composed of an element with low toxicity, and exhibits characteristics as a p-type thermoelectric conversion material. Is.

また、該複合酸化物は、層状の結晶構造を有し、そのab面内において非常に低い電気抵抗率を示す。このため、多結晶体では、特に、多結晶体内で結晶粒が高度に配向した場合にp型熱電変換材料として非常に優れた熱電変換性能を発揮できる。   The composite oxide has a layered crystal structure and exhibits a very low electrical resistivity in the ab plane. For this reason, in the polycrystal, particularly when the crystal grains are highly oriented in the polycrystal, the thermoelectric conversion performance which is very excellent as the p-type thermoelectric conversion material can be exhibited.

本発明の複合酸化物は、上記した特性を利用して、空気中において高温で用いるp型熱
電変換材料として有効に利用することができる。
The composite oxide of the present invention can be effectively used as a p-type thermoelectric conversion material used at a high temperature in the air using the above-described characteristics.

本発明の複合酸化物からなる熱電変換材料をp型熱電変換素子として用いた熱電発電モ
ジュールの一例の模式図を図3に示す。該熱電発電モジュールの構造は、公知の熱電発電モジュールと同様であり、例えば、高温部用基板1、低温部用基板2、p型熱電変換材料3、n型熱電変換材料4、電極5、導線6等により構成され、本発明の複合酸化物はp型熱電変換材料として使用される。
FIG. 3 shows a schematic diagram of an example of a thermoelectric power generation module using the thermoelectric conversion material made of the complex oxide of the present invention as a p-type thermoelectric conversion element. The structure of the thermoelectric power generation module is the same as that of a known thermoelectric power generation module. For example, the high temperature part substrate 1, the low temperature part substrate 2, the p-type thermoelectric conversion material 3, the n-type thermoelectric conversion material 4, the electrode 5, and the conductive wire The composite oxide of the present invention is used as a p-type thermoelectric conversion material.

以上の通り、本発明の複合酸化物は、正のゼーベック係数と低い電気抵抗率を有し、耐熱性、化学的耐久性などにも優れた多結晶体又は単結晶体である。 As described above, the composite oxide of the present invention is a polycrystal or single crystal having a positive Seebeck coefficient and a low electrical resistivity, and excellent in heat resistance, chemical durability, and the like.

該複合酸化物は、この様な特性を利用して、従来の金属間化合物では不可能であった、高温の空気中で用いるp型熱電変換材料として有効に利用することができ、高い熱電変換
効率を発揮することができる。
The composite oxide can be effectively used as a p-type thermoelectric conversion material used in high-temperature air, which is impossible with conventional intermetallic compounds, by utilizing such characteristics, and has high thermoelectric conversion. Efficiency can be demonstrated.

よって、該複合酸化物を熱電発電モジュールのp型熱電変換素子としてシステム中に組
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となる。
Therefore, by incorporating the composite oxide into the system as a p-type thermoelectric conversion element of a thermoelectric power generation module, it is possible to effectively use the thermal energy that has been discarded in the atmosphere.

以下に実施例を示し、本発明の特徴とするところをより一層明確にする。   Examples are shown below to further clarify the features of the present invention.

実施例1
Ca源として炭酸カルシウム(CaCO3)、Ag源として酸化銀(Ag2O)、及びCo源として酸化コバ
ルト(Co3O4)を用い、Ca:Co:Ag=3.0:3.8:0.2 (元素比)となる様に原料物質を十分に混合した後、アルミナ坩堝に入れ、電気炉を用いて空気中800℃で20時間仮焼きして、炭酸塩を
分解した。この仮焼物を粉砕し、加圧成形後、酸素雰囲気中880℃で20時間焼成して複合
酸化物を合成した。得られた複合酸化物は、組成式: Ca3.0Co3.8Ag0.2O9.0で表されるも
のであった。
Example 1
Calcium carbonate (CaCO 3 ) as a Ca source, silver oxide (Ag 2 O) as an Ag source, and cobalt oxide (Co 3 O 4 ) as a Co source, Ca: Co: Ag = 3.0: 3.8: 0.2 (element ratio) Then, the raw materials were mixed sufficiently so as to form the following, then placed in an alumina crucible and calcined in the air at 800 ° C. for 20 hours using an electric furnace to decompose the carbonate. This calcined product was pulverized, pressed, and then fired in an oxygen atmosphere at 880 ° C. for 20 hours to synthesize a composite oxide. The obtained composite oxide was represented by the composition formula: Ca 3.0 Co 3.8 Ag 0.2 O 9.0 .

上記した方法で得られた複合酸化物と、実施例1と同様の条件で作製した公知のCa3Co4O9多結晶体(比較例)についての273Kから1073Kにおけるゼーベック係数(S)の温度依存性
を表すグラフを図4に示す。図4から、実施例1の複合酸化物は、273K以上の温度において正のゼーベック係数を有し、100μV/K以上の値を有するものであり、高温側が低電位となるp型熱電変換材料であることが確認できた。なお、すべての他の実施例においても、
ゼーベック係数は、273K以上において、60μV/K以上という高いゼーベック係数を示し、
実施例1と同様の傾向が示された。
Seebeck coefficient (S) temperature from 273 K to 1073 K for the composite oxide obtained by the above method and a known Ca 3 Co 4 O 9 polycrystal (comparative example) produced under the same conditions as in Example 1. A graph showing the dependency is shown in FIG. From FIG. 4, the composite oxide of Example 1 is a p-type thermoelectric conversion material having a positive Seebeck coefficient at a temperature of 273 K or higher, a value of 100 μV / K or higher, and a low potential on the high temperature side. It was confirmed that there was. In all other embodiments,
Seebeck coefficient shows a high Seebeck coefficient of 60μV / K or higher at 273K or higher,
The same tendency as in Example 1 was shown.

また、上記した方法で得られた複合酸化物と、実施例1と同様の条件で作製した公知のCa3Co4O9多結晶体(比較例)について、電気抵抗率の温度依存性を示すグラフを図5に示
す。図5から、実施例1で得られた複合酸化物の電気抵抗率は、273K〜1073Kの温度範囲
で、11mΩcm程度の低い値であることがわかる。なお、すべての他の実施例においても、
電気抵抗率は、273K以上において20mΩcm以下という低い値を示し、実施例1と同様の傾向
が示された。
In addition, the composite oxide obtained by the above method and the known Ca 3 Co 4 O 9 polycrystal (comparative example) produced under the same conditions as in Example 1 show the temperature dependence of the electrical resistivity. A graph is shown in FIG. FIG. 5 shows that the electrical resistivity of the composite oxide obtained in Example 1 is a low value of about 11 mΩcm in the temperature range of 273K to 1073K. In all other embodiments,
The electrical resistivity showed a low value of 20 mΩcm or less at 273 K or more, and the same tendency as in Example 1 was shown.

さらに、上記した方法で得られた複合酸化物と、実施例1と同様の条件で作製した公知
のCa3Co4O9多結晶体(比較例)について、熱伝導率の温度依存性を示すグラフを図6に示す。図6から、実施例1で得られた複合酸化物の熱伝導率は、273K以上の温度で、2W/mK
以下の低い値であることがわかる。なお、すべての他の実施例においても、273K以上において、10W/mK以下という低い熱伝導率を示し、実施例1と同様の傾向が示された。
Furthermore, the composite oxide obtained by the above method and the known Ca 3 Co 4 O 9 polycrystal (comparative example) produced under the same conditions as in Example 1 show the temperature dependence of the thermal conductivity. A graph is shown in FIG. From FIG. 6, the thermal conductivity of the composite oxide obtained in Example 1 is 2 W / mK at a temperature of 273 K or higher.
It turns out that it is the following low values. In all other examples, the thermal conductivity was as low as 10 W / mK or lower at 273 K or higher, indicating the same tendency as in Example 1.

さらに、上記した方法で得られた複合酸化物と、実施例1と同様の条件で作製した公知
のCa3Co4O9多結晶体(比較例)について、熱電無次元性能指数(ZT)の温度依存性を示すグラフを図7に示す。
Further, for the composite oxide obtained by the above method and a known Ca 3 Co 4 O 9 polycrystal (comparative example) produced under the same conditions as in Example 1, the thermoelectric dimensionless figure of merit (ZT) A graph showing the temperature dependence is shown in FIG.

ここでZTは、下記の式によって定義されるものであり、材料の熱電変換効率を示し、この値が高いほど変換効率が高くなる。   Here, ZT is defined by the following equation, and indicates the thermoelectric conversion efficiency of the material. The higher this value, the higher the conversion efficiency.

ZT = S2T/ρκ
S : ゼーベック係数、T : 絶対温度、ρ : 電気抵抗率、
κ : 熱伝導率
実施例1の複合酸化物では、熱電無次元性能指数は温度と共に増加し、1073Kでは0.2を
上回った。尚、すべての他の実施例においても、熱電無次元性能指数は1073Kでは0.2を上回った。
ZT = S 2 T / ρκ
S: Seebeck coefficient, T: absolute temperature, ρ: electrical resistivity,
κ: Thermal conductivity In the composite oxide of Example 1, the thermoelectric dimensionless figure of merit increased with temperature, and exceeded 10 0.27 at 1073K. In all other examples, the thermoelectric dimensionless figure of merit exceeded 0.2 at 1073K.

実施例2〜198
下記表1〜表11に示す各元素比となるように出発原料を混合すること以外は、実施例1と同様にして、各複合酸化物を作製した。表1〜表11に各複合酸化物における元素比と1073Kにおける電気抵抗率を示す。尚、実施例2〜198の複合酸化物については、全て
、X線回折の結果、実施例1の複合酸化物と同様に、Ag金属粒子の析出は認められなかった。
Examples 2-198
Each composite oxide was produced in the same manner as in Example 1 except that the starting materials were mixed so that the element ratios shown in Tables 1 to 11 were obtained. Tables 1 to 11 show element ratios and electric resistivity at 1073K in each composite oxide. As for the composite oxides of Examples 2 to 198, as a result of X-ray diffraction, no precipitation of Ag metal particles was observed as in the composite oxide of Example 1.

尚、各実施例で用いた製造原料は下記に示すものである。
・Ca源…炭酸カルシウム(CaCO3)、ただし実施例91−108では硝酸カルシウム(Ca(NO3)2)
・Bi源…酸化ビスマス(Bi2O3)
・Co源…酸化コバルト(Co3O4)、ただし実施例91−108では硝酸コバルト(Co(NO3)2)
・Li源…炭酸リチウム(Li2CO3)
・Na源…炭酸ナトリウム(Na2CO3)
・Sr源…炭酸ストロンチウム(SrCO3)
・La源…硝酸ランタン(La(NO3)3)
・Ba源…炭酸バリウム(BaCO3)
・Ag源…酸化銀(Ag2O)
・Ni源…酸化ニッケル(NiO)
・Cu源…酸化銅(CuO)
・Pb源…酸化鉛(PbO)
・Al源…酸化アルミニウム(Al2O3)
In addition, the manufacturing raw material used by each Example is shown below.
Ca source: calcium carbonate (CaCO 3 ), except that calcium nitrate (Ca (NO 3 ) 2 ) was used in Examples 91-108.
Bi source: Bismuth oxide (Bi 2 O 3 )
Co source: Cobalt oxide (Co 3 O 4 ), but in Examples 91-108, cobalt nitrate (Co (NO 3 ) 2 )
・ Li source: Lithium carbonate (Li 2 CO 3 )
・ Na source: Sodium carbonate (Na 2 CO 3 )
・ Sr source: strontium carbonate (SrCO 3 )
・ La source: Lanthanum nitrate (La (NO 3 ) 3 )
・ Ba source: Barium carbonate (BaCO 3 )
・ Ag source: Silver oxide (Ag 2 O)
・ Ni source: Nickel oxide (NiO)
・ Cu source: Copper oxide (CuO)
・ Pb source: Lead oxide (PbO)
・ Al source: Aluminum oxide (Al 2 O 3 )

Figure 2006052121
Figure 2006052121

Figure 2006052121
Figure 2006052121

Figure 2006052121
Figure 2006052121

Figure 2006052121
Figure 2006052121

Figure 2006052121
Figure 2006052121

Figure 2006052121
Figure 2006052121

Figure 2006052121
Figure 2006052121

Figure 2006052121
Figure 2006052121

Figure 2006052121
Figure 2006052121

Figure 2006052121
Figure 2006052121

Figure 2006052121
実施例199〜396
下記表12〜表22に示す各元素比となるように出発原料を混合すること以外は、実施例1と同様にして、各複合酸化物を作製した。表12〜表22に各複合酸化物における元素比と1073Kにおける電気抵抗率を示す。各実施例で用いた製造原料は実施例2〜198と
同様である。
Figure 2006052121
Examples 199-396
Each composite oxide was produced in the same manner as in Example 1 except that the starting materials were mixed so that the element ratios shown in Tables 12 to 22 below were obtained. Tables 12 to 22 show element ratios and electric resistivity at 1073K in each composite oxide. The manufacturing raw material used in each Example is the same as that of Examples 2-198.

上記した方法で得られた複合酸化物の内で、実施例200で得られた組成式: Ca3Co4Ag0.5O9で表される複合酸化物の多結晶体について、走査電子顕微鏡を用いて観察した反射
電子像を図8に示す。エネルギー分散型X線分析装置で組成分析を行ったところ、反射電子像の白色部分は、Agの金属粒子であることが確認できた。また、前述した図2のX線回折パターンからも、Ca3Co4Ag0.5O9で表される複合酸化物の多結晶体中にAgの金属粒
子が存在することが確認できた。
Among the composite oxides obtained by the above-described method, a polyelectrolyte of the composite oxide represented by the composition formula obtained in Example 200: Ca 3 Co 4 Ag 0.5 O 9 was used using a scanning electron microscope. FIG. 8 shows the backscattered electron image observed. As a result of composition analysis using an energy dispersive X-ray analyzer, it was confirmed that the white portion of the reflected electron image was Ag metal particles. Also, from the X-ray diffraction pattern of FIG. 2 described above, it was confirmed that Ag metal particles were present in the complex oxide polycrystal represented by Ca 3 Co 4 Ag 0.5 O 9 .

尚、実施例199〜396の複合酸化物については、全て、Ag金属粒子の存在が認められた。   In all of the composite oxides of Examples 199 to 396, the presence of Ag metal particles was observed.

実施例200で得られた複合酸化物と、実施例1と同様の条件で作製した公知のCa3Co4O9多結晶(比較例)についての273Kから1073Kにおけるゼーベック係数(S)の温度依存性を表すグラフを図9に示す。図9から、実施例200の複合酸化物は、273K以上の温度において正のゼーベック係数を有し、90μV/K以上の値を有するものであり、高温側が低電位
となるp型熱電変換材料であることが確認できた。
Temperature dependence of Seebeck coefficient (S) from 273 K to 1073 K for the composite oxide obtained in Example 200 and a known Ca 3 Co 4 O 9 polycrystal (comparative example) produced under the same conditions as in Example 1 FIG. 9 shows a graph representing the sex. From FIG. 9, the composite oxide of Example 200 is a p-type thermoelectric conversion material having a positive Seebeck coefficient at a temperature of 273 K or higher, a value of 90 μV / K or higher, and a low potential on the high temperature side. It was confirmed that there was.

また、実施例200で得られた複合酸化物と、実施例1と同様の条件で作製した公知のCa3Co4O9多結晶体(比較例)について、電気抵抗率の温度依存性を示すグラフを図10に
示す。図10から、実施例1で得られた複合酸化物の電気抵抗率は、273K〜1073Kの温度
範囲で、10mΩcm程度を下回る低い値であることがわかる。
Also shows a composite oxide obtained in Example 200, known of Ca 3 Co 4 O 9 polycrystalline body produced under the same conditions as in Example 1 (Comparative Example), the temperature dependence of the electrical resistivity A graph is shown in FIG. FIG. 10 shows that the electrical resistivity of the composite oxide obtained in Example 1 is a low value below about 10 mΩcm in the temperature range of 273K to 1073K.

さらに、実施例200で得られた複合酸化物と、実施例1と同様の条件で作製した公知
のCa3Co4O9多結晶体(比較例)について、熱伝導率の温度依存性を示すグラフを図11に示す。図11から、実施例200で得られた複合酸化物の熱伝導率は、273K以上の温度で、2W/mK以下の低い値であることがわかる。
Furthermore, the composite oxide obtained in Example 200 and the known Ca 3 Co 4 O 9 polycrystal produced in the same conditions as in Example 1 (comparative example) show the temperature dependence of thermal conductivity. A graph is shown in FIG. From FIG. 11, it can be seen that the thermal conductivity of the composite oxide obtained in Example 200 is a low value of 2 W / mK or less at a temperature of 273 K or more.

さらに、実施例200の複合酸化物と、実施例1と同様の条件で作製した公知のCa3Co4O9多結晶体(比較例)について、熱電無次元性能指数の温度依存性を示すグラフを図12
に示す。実施例200の複合酸化物では、熱電無次元性能指数は温度と共に増加し、1073Kで約0.25という高い値となった。
Further, a graph showing a composite oxide, known of Ca 3 Co 4 O 9 polycrystalline body produced under the same conditions as in Example 1 (Comparative Example), the temperature dependence of the thermoelectric dimensionless figure of merit of Example 200 FIG.
Shown in In the composite oxide of Example 200, the thermoelectric dimensionless figure of merit increased with temperature, reaching a high value of about 0.25 at 1073K.

Figure 2006052121
Figure 2006052121

Figure 2006052121
Figure 2006052121

Figure 2006052121
Figure 2006052121

Figure 2006052121
Figure 2006052121

Figure 2006052121
Figure 2006052121

Figure 2006052121
Figure 2006052121

Figure 2006052121
Figure 2006052121

Figure 2006052121
Figure 2006052121

Figure 2006052121
Figure 2006052121

Figure 2006052121
Figure 2006052121

Figure 2006052121
Figure 2006052121

実施例1で得られた複合酸化物と公知のCa3Co4O9多結晶体のX線回折パターン。2 is an X-ray diffraction pattern of the composite oxide obtained in Example 1 and a known Ca 3 Co 4 O 9 polycrystal. 実施例200で得られた複合酸化物と公知のCa3Co4O9多結晶体のX線回折パターン。X-ray diffraction pattern of the complex oxide obtained in Example 200 and known of Ca 3 Co 4 O 9 polycrystal. 本発明の複合酸化物を熱電変換材料として用いた熱電変換モジュールの模式図。The schematic diagram of the thermoelectric conversion module which used the complex oxide of this invention as a thermoelectric conversion material. 実施例1で得られた複合酸化物と公知のCa3Co4O9多結晶体について、ゼーベック係数の温度依存性を示すグラフ。2 is a graph showing the temperature dependence of the Seebeck coefficient for the composite oxide obtained in Example 1 and a known Ca 3 Co 4 O 9 polycrystal. 実施例1で得られた複合酸化物と公知のCa3Co4O9多結晶体について、電気抵抗率の温度依存性を示すグラフ。2 is a graph showing the temperature dependence of electrical resistivity for the composite oxide obtained in Example 1 and a known Ca 3 Co 4 O 9 polycrystal. 実施例1で得られた複合酸化物と公知のCa3Co4O9多結晶体について、熱伝導率の温度依存性を示すグラフ。2 is a graph showing the temperature dependence of the thermal conductivity of the composite oxide obtained in Example 1 and a known Ca 3 Co 4 O 9 polycrystal. 実施例1で得られた複合酸化物と公知のCa3Co4O9多結晶体について、熱電性能指数ZTの温度依存性を示すグラフ。2 is a graph showing the temperature dependence of the thermoelectric figure of merit ZT for the composite oxide obtained in Example 1 and a known Ca 3 Co 4 O 9 polycrystal. 実施例200で得られた複合酸化物の走査電子顕微鏡による反射電子像。The reflection electron image by the scanning electron microscope of the complex oxide obtained in Example 200. 実施例200で得られた複合酸化物と公知のCa3Co4O9多結晶体について、ゼーベック係数の温度依存性を示すグラフ。For the obtained composite oxide known of Ca 3 Co 4 O 9 polycrystal in Example 200, a graph showing the temperature dependence of the Seebeck coefficient. 実施例200で得られた複合酸化物と公知のCa3Co4O9多結晶体について、電気抵抗率の温度依存性を示すグラフ。The obtained composite oxide and known of Ca 3 Co 4 O 9 polycrystal in Example 200, a graph showing the temperature dependence of the electrical resistivity. 実施例200で得られた複合酸化物と公知のCa3Co4O9多結晶体について、熱伝導率の温度依存性を示すグラフ。For the obtained composite oxide known of Ca 3 Co 4 O 9 polycrystal in Example 200, a graph showing the temperature dependence of the thermal conductivity. 実施例200で得られた複合酸化物と公知のCa3Co4O9多結晶体について、熱電性能指数ZTの温度依存性を示すグラフ。The composite oxide and known of Ca 3 Co 4 O 9 polycrystal obtained in Example 200, a graph showing the temperature dependence of the thermoelectric figure of merit ZT.

符号の説明Explanation of symbols

1 高温部用基板、2 低温部用基板、3 p型熱電変換材料、4 n型熱電変換材料、5 電極、6 導線

1 substrate for high-temperature part, 2 substrate for low-temperature part, 3 p-type thermoelectric conversion material, 4 n-type thermoelectric conversion material, 5 electrode, 6 conductor

Claims (7)

一般式:CaaM1 bCocM2 dAgeOf (式中、M1はNa、K、Li、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Pb、Sr、Ba、Al、Bi、Yおよびランタノイドからなる群から選択される一種又は二種以上の元素であり、M2はTi、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Mo、W、Nb、Ta及びBiからなる群から選択される一種又は二種以上の元素であり、2.2≦a≦3.6 ; 0≦b≦0.8 ; 2≦c≦4.5 ; 0≦d≦2 ; 0<e≦5 ; 8≦f≦10である。)で表される組成を有する複合酸化物。 Formula: Ca a M 1 b Co c M 2 d Ag e O f ( wherein, M 1 is Na, K, Li, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Pb, Sr, One or more elements selected from the group consisting of Ba, Al, Bi, Y and lanthanoids, M 2 is Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Mo, W, Nb, Ta And two or more elements selected from the group consisting of Bi, 2.2 ≦ a ≦ 3.6; 0 ≦ b ≦ 0.8; 2 ≦ c ≦ 4.5; 0 ≦ d ≦ 2; 0 <e ≦ 5; 8 ≦ f ≦ 10)). 273K以上、分解温度未満の温度範囲において60μV/K以上のゼーベック係数を有する請求
項1に記載の複合酸化物。
The composite oxide according to claim 1, which has a Seebeck coefficient of 60 µV / K or more in a temperature range of 273 K or more and less than a decomposition temperature.
273K以上、分解温度未満の温度範囲において20mΩcm以下の電気抵抗率を有する請求項1
又は2に記載の複合酸化物。
2. An electric resistivity of 20 mΩcm or less in a temperature range of 273 K or more and less than a decomposition temperature.
Or the composite oxide according to 2.
273K以上、分解温度未満の温度範囲において10W/mK以下の熱伝導率を有する請求項1〜3のいずれかに記載の複合酸化物。 The composite oxide according to any one of claims 1 to 3, which has a thermal conductivity of 10 W / mK or less in a temperature range of 273 K or more and less than a decomposition temperature. 複合酸化物単独、又は複合酸化物とAg金属微粒子とからなる複合物である請求項1〜4のいずれかに記載の複合酸化物。 The composite oxide according to any one of claims 1 to 4, which is a composite oxide alone or a composite comprising the composite oxide and Ag metal fine particles. 請求項1〜5のいずれかに記載の複合酸化物からなるp型熱電変換材料。 A p-type thermoelectric conversion material comprising the composite oxide according to claim 1. 請求項6に記載のp型熱電変換材料を含む熱電発電モジュール。


A thermoelectric power generation module comprising the p-type thermoelectric conversion material according to claim 6.


JP2004311638A 2004-07-13 2004-10-27 Composite oxide with excellent thermoelectric conversion performance Expired - Fee Related JP4193940B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004311638A JP4193940B2 (en) 2004-07-13 2004-10-27 Composite oxide with excellent thermoelectric conversion performance

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004205359 2004-07-13
JP2004311638A JP4193940B2 (en) 2004-07-13 2004-10-27 Composite oxide with excellent thermoelectric conversion performance

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006052121A true JP2006052121A (en) 2006-02-23
JP4193940B2 JP4193940B2 (en) 2008-12-10

Family

ID=36029832

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004311638A Expired - Fee Related JP4193940B2 (en) 2004-07-13 2004-10-27 Composite oxide with excellent thermoelectric conversion performance

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4193940B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010041725A1 (en) * 2008-10-07 2010-04-15 住友化学株式会社 Thermoelectric conversion module and thermoelectric conversion element
CN101345284B (en) * 2008-08-29 2012-04-11 中国科学院上海硅酸盐研究所 P type europium cadmium stibium based pyroelectric material and preparation method thereof

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101345284B (en) * 2008-08-29 2012-04-11 中国科学院上海硅酸盐研究所 P type europium cadmium stibium based pyroelectric material and preparation method thereof
WO2010041725A1 (en) * 2008-10-07 2010-04-15 住友化学株式会社 Thermoelectric conversion module and thermoelectric conversion element
CN102187488A (en) * 2008-10-07 2011-09-14 住友化学株式会社 Thermoelectric conversion module and thermoelectric conversion element

Also Published As

Publication number Publication date
JP4193940B2 (en) 2008-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2010037131A (en) OXIDE SINTERED COMPACT HAVING n-TYPE THERMOELECTRIC CHARACTERISTIC
US6544444B2 (en) Complex oxide having high thermoelectric conversion efficiency
JP5252474B2 (en) Oxide composite having n-type thermoelectric properties
JP4320422B2 (en) Composite oxide with excellent thermoelectric conversion performance
JP3968418B2 (en) Composite oxide having n-type thermoelectric properties
JP2007258200A (en) Thermoelectric conversion material and thermoelectric conversion film using the same
JP4292390B2 (en) Composite oxide having n-type thermoelectric properties
JP4193940B2 (en) Composite oxide with excellent thermoelectric conversion performance
JP4257419B2 (en) Composite oxide having n-type thermoelectric conversion characteristics
JP2011119545A (en) Inter-metal compound thermoelectric conversion material containing oxygen, thermoelectric conversion element, and thermoelectric conversion module
JP5206510B2 (en) N-type thermoelectric conversion material, n-type thermoelectric conversion element, and thermoelectric conversion module
JP4221496B2 (en) Composite oxide having n-type thermoelectric properties
JP4143724B2 (en) Method for producing complex oxide single crystal
JP4239010B2 (en) Composite oxide having p-type thermoelectric conversion characteristics
JP3472814B2 (en) Composite oxide with excellent thermoelectric conversion performance
JP3950956B2 (en) Method for producing complex oxide single crystal
JP3864221B2 (en) Compound oxide single crystal and method for producing the same
JP2010228927A (en) Cobalt-manganese compound oxide
JP4048272B2 (en) Method for producing composite oxide crystal, composite oxide crystal obtained by the method, thermoelectric conversion material and thermoelectric conversion element containing the crystal
JP2006027970A (en) Method for manufacturing multiple oxide sintered compact
JP4124420B2 (en) Thermoelectric conversion material comprising palladium oxide and method for producing the same
JP2004107151A (en) Metal oxide single crystal and method for producing the same
JP2006222397A (en) Thermoelectric transformation-layered cobalt oxide and method for synthesizing the same
JP2006032624A (en) Thermoelectric transformation material consisting of rhodium oxide
JP2008159638A (en) Layered oxide thermoelectric material having delafossite structure

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20061101

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080916

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080916

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4193940

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111003

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121003

Year of fee payment: 4

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131003

Year of fee payment: 5

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees