JP2009164595A - 熱電変換素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】セラミックス粒子のスラリーと、2種以上の熱電変換材料を構成する元素の塩とを混合して分散液を調製した後、この分散液中においてセラミックス粒子上で熱電変換材料を構成する元素を析出させ、洗浄、加熱処理し、次いで焼結する工程を含む、熱電変換素子の製造方法において、前記熱電変換材料を構成する元素を析出させる際に初めて、前記塩の溶液のうちpH1未満の溶液又はそのpH1未満の溶液から析出する粒子と、セラミックス粒子を含むスラリーとを接触させる。
【選択図】図2
Description
ZT=α2σT/κ (1)
(上式中、αはゼーベック係数を、σは電気伝導率を、κは熱伝導率を、そしてTは測定温度を示す)
(1)第1溶液と第2溶液を還元剤溶液に同時に滴下する、
(2)還元剤溶液と第2溶液を第1溶液に同時に滴下する、
(3)還元剤溶液と第1溶液を第2溶液に同時に滴下する、
のいずれの態様によって行ってもよい。
(1-1)第1溶液を還元剤含有溶液に滴下し、この混合溶液から析出した粒子を取り出して還元剤含有溶液に再分散させた溶液を、第2溶液に滴下する、
(1-2)第1溶液を還元剤含有溶液に滴下し、この混合溶液から析出した粒子を取り出して還元剤含有溶液に再分散させた溶液に、第2溶液を滴下する、
(1-3)第1溶液に還元剤含有溶液を滴下し、この混合溶液から析出した粒子を取り出して還元剤含有溶液に再分散させた溶液を、第2溶液に滴下する、
(1-4)第1溶液に還元剤含有溶液を滴下し、この混合溶液から析出した粒子を取り出して還元剤含有溶液に再分散させた溶液に、第2溶液を滴下する、
(2-1)第2溶液を還元剤含有溶液に滴下し、この混合溶液から析出した粒子を取り出して還元剤含有溶液に再分散させた溶液を、第1溶液に滴下する、
(2-2)第2溶液を還元剤含有溶液に滴下し、この混合溶液から析出した粒子を取り出して還元剤含有溶液に再分散させた溶液に、第1溶液を滴下する、
(2-3)第2溶液に還元剤含有溶液を滴下し、この混合溶液から析出した粒子を取り出して還元剤含有溶液に再分散させた溶液を、第1溶液に滴下する、
(2-4)第2溶液に還元剤含有溶液を滴下し、この混合溶液から析出した粒子を取り出して還元剤含有溶液に再分散させた溶液に、第1溶液を滴下する、
の何れの態様で行ってもよい。この際、混合溶液から析出した粒子を取り出すことなく、そのままの溶液の状態で、次の工程の還元剤含有溶液及び第1溶液又は第2溶液との混合に使用してもよい。
塩化コバルト六水和物(CoCl2・6H2O)0.895g、塩化ニッケル六水和物(NiCl2・6H2O)0.057gをエタノール50mLに加え溶解させた後、この溶液に、粒径1〜20nm、分布の中心5nmであるSiO2の10wt%水スラリー((株)アドマテックス製)4gを加え、第1の溶液を調製した。この第1の溶液のpHは4であった。また、塩化アンチモン(SbCl3)2.739gをエタノール50mLに加え溶解させて第2の溶液を調製した。この第2の溶液のpHは1未満であった。さらに、還元剤としての水素化ホウ素ナトリウム(NaBH4)3.3gをエタノール100mLに加え、還元剤含有溶液を調製した。上記第1の溶液及び第2の溶液を還元剤含有溶液に同時に添加した。次いで、エタノールと水の混合溶液で洗浄することによって不純物を除去し、240℃にて24時間水熱合成を行い、セラミックス粒子上で熱電変換材料であるCo0.94Ni0.06Sb3化合物を形成した。こうして得られた複合粒子を充填し、500℃でSPS焼結を行い、本発明の熱電変換素子を得た。
第2の溶液及び還元剤含有溶液を第1の溶液に同時に添加することを除き、実施例1と同様にして熱電変換素子を得た。
第1の溶液及び還元剤含有溶液を第2の溶液に同時に添加することを除き、実施例1と同様にして熱電変換素子を得た。
第1の溶液と第2の溶液を混合した後、還元剤含有溶液に添加することを除き、実施例1と同様にして熱電変換素子を得た。この例において、セラミックス粒子は目視可能なほど凝集が発生していた。
塩化コバルト六水和物0.895g、塩化ニッケル六水和物0.057gをエタノール50mLに加え溶解させた後、この溶液に、粒径1〜20nm、分布の中心5nmであるSiO2の10%水スラリー((株)アドマテックス製)2.6gを加え、第1の溶液を調製した。この第1の溶液のpHは4であった。この第1の溶液を、還元剤としての水素化ホウ素ナトリウム3.3gをエタノール100mLに加えて調製した還元剤含有溶液に滴下し、シリカ粒子上にコバルト及びニッケルを析出させた。このシリカ粒子を取り出し、別の還元剤含有溶液に加えたシリカ粒子含有溶液を作り、ここに塩化アンチモン2.739gをエタノール50mLに加え溶解させて調製した第2の溶液を滴下した。この第2の溶液のpHは1未満であった。次いで、エタノールと水の混合溶液で洗浄することによって不純物を除去し、240℃にて24時間水熱合成を行い、セラミックス粒子上で熱電変換材料であるCo0.94Ni0.06Sb3化合物を形成した。こうして得られた複合粒子を充填し、600℃でSPS焼結を行い、本発明の熱電変換素子を得た。
第1の溶液を還元剤含有溶液に滴下するのに代えて、還元剤含有溶液を第1の溶液に滴下することを除き、実施例4と同様にして熱電変換素子を得た。
第2の溶液をシリカ粒子含有溶液に滴下するのに代えて、取り出したシリカ粒子を還元剤含有溶液に加えたものを第2の溶液に滴下することを除き、実施例4と同様にして熱電変換素子を得た。
第2の溶液をシリカ粒子含有溶液に滴下するのに代えて、取り出したシリカ粒子を還元剤含有溶液に加えたものを第2の溶液に滴下することを除き、実施例5と同様にして熱電変換素子を得た。
還元剤含有溶液を第2の溶液に滴下し、溶解してpH1未満の溶液を形成する塩(塩化アンチモン)の元素(アンチモン)の粒子を得て、得られた粒子を第1の溶液に加えた後、還元剤含有溶液に滴下し、その後実施例4と同様にして洗浄、加熱処理、焼結を行い、熱電変換素子を得た。
第2の溶液を還元剤含有溶液に滴下し、溶解してpH1未満の溶液を形成する塩(塩化アンチモン)の元素(アンチモン)の粒子を得て、得られた粒子を還元剤含有溶液に加えた後、第1の溶液に滴下し、その後実施例4と同様にして洗浄、加熱処理、焼結を行い、熱電変換素子を得た。
第2の溶液を還元剤含有溶液に滴下し、溶解してpH1未満の溶液を形成する塩(塩化アンチモン)の元素(アンチモン)の粒子を得て、その得られた粒子を第1の溶液に加えた後、還元剤含有溶液に滴下し、その後実施例4と同様にして洗浄、加熱処理、焼結を行い、熱電変換素子を得た。
還元剤含有溶液を第2の溶液に滴下し、溶解してpH1未満の溶液を形成する塩(塩化アンチモン)の元素(アンチモン)の粒子を得て、得られた粒子を還元剤含有溶液に加えた後、第1の溶液に滴下し、その後実施例4と同様にして洗浄、加熱処理、焼結を行い、熱電変換素子を得た。
還元剤含有溶液を第2の溶液に滴下し、得られた粒子を還元剤含有溶液に加えた後、第1の溶液を滴下し、その後実施例4と同様にして洗浄、加熱処理、焼結を行い、熱電変換素子を得た。
還元剤含有溶液を第2の溶液に滴下し、得られた粒子を第1の溶液に加えた後、還元剤含有溶液を滴下し、その後実施例4と同様にして洗浄、加熱処理、焼結を行い、熱電変換素子を得た。
第2の溶液を還元剤含有溶液に滴下し、得られた粒子を還元剤含有溶液に加えた後、第1の溶液を滴下し、その後実施例4と同様にして洗浄、加熱処理、焼結を行い、熱電変換素子を得た。
第2の溶液を還元剤含有溶液に滴下し、得られた粒子を第1の溶液に加えた後、還元剤含有溶液を滴下し、その後実施例4と同様にして洗浄、加熱処理、焼結を行い、熱電変換素子を得た。
第1の溶液を還元剤含有溶液に滴下して粒子上に第1の溶液中に溶解された塩の元素(コバルト、ニッケル)を析出させ、得られた粒子を第2の溶液に加えて、粒子上に析出した元素を前記第2の溶液に溶解させた後、還元剤含有溶液を滴下して、第1の溶液中に溶解された塩の元素(コバルト、ニッケル)と第2の溶液中に溶解された塩の元素(アンチモン)を共に析出させ、その後実施例4と同様にして洗浄、加熱処理、焼結を行い、熱電変換素子を得た。
還元剤含有溶液を第1の溶液に滴下して粒子上に第1の溶液中に溶解された塩の元素(コバルト、ニッケル)を析出させ、得られた粒子を第2の溶液に加えて粒子上に析出した元素を前記第2の溶液に溶解させた後、還元剤含有溶液を滴下して、第1の溶液中に溶解された塩の元素(コバルト、ニッケル)と第2の溶液中に溶解された塩の元素(アンチモン)を共に析出させその後実施例4と同様にして洗浄、加熱処理、焼結を行い、熱電変換素子を得た。
還元剤含有溶液を第1の溶液に滴下して粒子上に第1の溶液中に溶解された塩の元素(コバルト、ニッケル)を析出させ、得られた粒子を第2の溶液に加えて粒子上に析出した元素を前記第2の溶液に溶解させた後、還元剤含有溶液に滴下して、第1の溶液中に溶解された塩の元素(コバルト、ニッケル)と第2の溶液中に溶解された塩の元素(アンチモン)を共に析出させその後実施例4と同様にして洗浄、加熱処理、焼結を行い、熱電変換素子を得た。
第1の溶液を還元剤含有溶液に滴下して粒子上に第1の溶液中に溶解された塩の元素(コバルト、ニッケル)を析出させ、得られた粒子を第2の溶液に加えて粒子上に析出した元素を前記第2の溶液に溶解させた後、還元剤含有溶液に滴下して、第1の溶液中に溶解された塩の元素(コバルト、ニッケル)と第2の溶液中に溶解された塩の元素(アンチモン)を共に析出させその後実施例4と同様にして洗浄、加熱処理、焼結を行い、熱電変換素子を得た。
塩化コバルト六水和物0.895g、塩化ニッケル六水和物0.057g及び塩化アンチモン2.739gをエタノール100mLに加え溶解させて金属塩溶液を調製した。また、還元剤としての水素化ホウ素ナトリウム3.3gをエタノール100mLに加え、還元剤含有溶液を調製した。この金属塩溶液及び還元剤含有溶液を、1-メトキシ-2-プロパノール中の10%SiO2スラリー2.6gに同時に滴下し、その後実施例4と同様にして洗浄、加熱処理、焼結を行い、熱電変換素子を得た。
SiO2スラリーと還元剤含有溶液を金属塩溶液に同時に滴下することを除き、実施例20と同様にして熱電変換素子を得た。
SiO2スラリーと金属塩溶液を還元剤含有溶液に同時に滴下することを除き、実施例20と同様にして熱電変換素子を得た。
SiO2スラリーと金属塩溶液と還元剤含有溶液を同時に混合することを除き、実施例20と同様にして熱電変換素子を得た。
実施例20〜23においては、塩化コバルト六水和物、塩化ニッケル六水和物及び塩化アンチモンをすべてエタノールに溶解させて1つの金属塩溶液に調製したが、それぞれ別の金属塩溶液とし、実施例20〜23と同様に、セラミックススラリー溶液と還元剤含有溶液に同時に混合してもよい。
Claims (14)
- セラミックス粒子のスラリーと、2種以上の熱電変換材料を構成する元素の塩とを混合して分散液を調製した後、この分散液中においてセラミックス粒子上で熱電変換材料を構成する元素を析出させ、洗浄、加熱処理し、次いで焼結する工程を含む、熱電変換素子の製造方法であって、前記熱電変換材料を構成する元素を析出させる際に初めて、前記塩の溶液のうちpH1未満の溶液又はそのpH1未満の溶液から析出する粒子と、セラミックス粒子を含むスラリーとを接触させる、熱電変換素子の製造方法。
- 前記塩のうち、溶解してpH1以上の溶液を形成する塩とセラミックス粒子のスラリーを混合してなる第1溶液と、溶解してpH1未満の溶液を形成する塩を含む第2溶液と、還元剤含有溶液とを混合することによりセラミックス粒子上で熱電変換材料を構成する元素を析出させる、請求項1記載の熱電変換素子の製造方法。
- 前記第1溶液と第2溶液を還元剤含有溶液に同時に滴下する、請求項2記載の熱電変換素子の製造方法。
- 前記第2溶液と還元剤含有溶液を第1溶液に同時に滴下する、請求項2記載の熱電変換素子の製造方法。
- 前記第1溶液と還元剤含有溶液を第2溶液に同時に滴下する、請求項2記載の熱電変換素子の製造方法。
- 前記塩のうち、溶解してpH1以上の溶液を形成する塩とセラミックス粒子のスラリーを混合してなる第1溶液と還元剤含有溶液を混合し、析出する粒子又はその析出粒子を含む第1の溶液と還元剤含有溶液の混合した溶液を、溶解してpH1未満の溶液を形成する塩を含む第2溶液と還元剤含有溶液と混合する、請求項1記載の熱電変換素子の製造方法。
- 前記塩のうち、溶解してpH1未満の溶液を形成する塩を含む第2溶液と還元剤含有溶液を混合し、析出する粒子又はその析出粒子を含む溶液を、溶解してpH1以上の溶液を形成する塩とセラミックス粒子のスラリーを混合してなる第1溶液と還元剤含有溶液と混合する、請求項1記載の熱電変換素子の製造方法。
- 前記第2溶液と還元剤含有溶液を混合し、析出する粒子又はその析出粒子を含む溶液を、第1溶液と混合した後、還元剤含有溶液と混合する、請求項7記載の熱電変換素子の製造方法。
- 前記第2溶液と還元剤含有溶液を混合し、析出する粒子又はその析出粒子を含む溶液を、還元剤含有溶液と混合した後、第1溶液と混合する、請求項7記載の熱電変換素子の製造方法。
- 前記塩のうち、溶解してpH1以上の溶液を形成する塩とセラミックス粒子のスラリーを混合してなる第1溶液と還元剤含有溶液を混合して、セラミックス粒子上で熱電変換材料を構成する元素を析出させた後、この粒子を取り出し、この粒子を溶解してpH1未満の溶液を形成する塩を含む第2溶液と混合して前記熱電変換材料をいったん溶解させた後、還元剤含有溶液と混合することによりセラミックス粒子上で熱電変換材料を構成する元素を再び析出させる、請求項1記載の熱電変換素子の製造方法。
- セラミックス粒子のスラリーと、2種以上の熱電変換材料を構成する元素の塩とを混合して分散液を調製した後、この分散液中においてセラミックス粒子上で熱電変換材料を構成する元素を析出させ、洗浄、加熱処理し、次いで焼結する工程を含む、熱電変換素子の製造方法であって、セラミックス粒子のスラリーと、2種以上の熱電変換材料を構成する元素の塩を含む溶液と、還元剤を含む溶液とを同時に混合することによりセラミックス粒子上で熱電変換材料を構成する元素を析出させる、熱電変換素子の製造方法。
- 前記溶解してpH1未満の溶液を形成する塩が塩化アンチモン、塩化ビスマス及び塩化テルルより選ばれる、請求項1記載の熱電変換素子の製造方法。
- 前記溶解してpH1以上の溶液を形成する塩が塩化コバルト及び塩化ニッケルである、請求項2記載の熱電変換素子の製造方法。
- 前記還元剤が水素化ホウ素ナトリウムである、請求項2又は11記載の熱電変換素子の製造方法。
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