JP2015043412A - 熱電素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の熱電素子は、第1の熱電材料による熱起電力層と、第2の熱電材料による導電層と、を備え、前記熱起電力層と前記導電層は並列に接続され、前記第1の熱電材料のゼーベック係数は前記第2の熱電材料のゼーベック係数よりも大きく、前記第1の熱電材料の導電率は前記第2の熱電材料の導電率よりも小さいことを特徴とする。
【選択図】図2
Description
Z=S2σ/κ (式1)
で表される。ここでSはゼーベック係数、σは導電率、κは熱伝導率である。高い性能の熱電材料を得るためには、絶対値の大きなゼーベック係数(S)、大きな導電率(σ)、小さい熱伝導率(κ)が必要である。
σ=(σ1d1+σ2d2)/d (式2)
で表される。ここで、dは全体の厚さであり、d1、d2はそれぞれ熱起電力層の厚さの総和と導電層の厚さの総和、σ1、σ2はそれぞれ熱起電力層と導電層の導電率である。熱起電力層と導電層の各層の厚さは、単層としての特性が表れ、量子的効果の影響がない厚さであること、具体的には100nm以上、好ましくは数十〜数百μmであることが望ましい。
2 導電層
3 第1の電極
4 第2の電極
Claims (24)
- 第1の熱電材料による熱起電力層と、
第2の熱電材料による導電層と、
を備え、
交互に積層された前記熱起電力層と前記導電層の端面に一対の電極が配置され、
前記導電層は量子閉じ込め効果を発現しない厚さであり、
前記第1の熱電材料のゼーベック係数の絶対値は前記第2の熱電材料のゼーベック係数の絶対値よりも大きく、前記第1の熱電材料の導電率は前記第2の熱電材料の導電率よりも小さいことを特徴とする熱電素子。 - 交互に積層された前記熱起電力層と前記導電層の最外層は、前記熱起電力層であることを特徴とする請求項1に記載の熱電素子。
- 前記熱起電力層の各層は前記一対の電極のうちどちらか一方の電極にのみ接続され、前記導電層の各層は前記一対の電極のうち双方の電極に接続されることを特徴とする請求項2に記載の熱電素子。
- 前記熱起電力層の隣り合う2層の各層は、前記一対の電極のうちそれぞれ異なる電極に接続されることを特徴とする請求項3に記載の熱電素子。
- 前記第1の熱電材料が、ペロブスカイト型酸化物であり、La、Sr、Ba、Ca、Na、Ag、K、Ta、Ti、Nb、Niから選ばれる1つ以上の元素を含むことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の熱電素子。
- 前記第1の熱電材料が、化学式(1)
AxByOz(A3+B3+O2- 3、A2+B4+O2- 3、A1+B5+O2- 3、)
AはLa、Sr、Ba、Ca、Na、Ag、K、から選ばれる元素
BはTa、Ti、Nb、Niから選ばれる元素
x=1
y=1
z=3
で表されることを特徴とする請求項5に記載の熱電素子。 - 前記第1の熱電材料がチタン酸ストロンチウムであり、前記第2の熱電材料がランタンニッケル酸化物であることを特徴とする請求項6に記載の熱電素子。
- 前記第1の熱電材料が化学式(2)
SrTiO3
(以下「STO」という。)
前記第2の熱電材料が化学式(3)
La4Ni3O10
(以下「LNO」という。)
で表されることを特徴とする請求項7に記載の熱電素子。 - 前記第1の熱電材料と前記第2の熱電材料が、ニッケル酸化物又はランタンニッケル酸化物であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の熱電素子。
- 前記第1の熱電材料と前記第2の熱電材料が化学式(4)
LaxNiyOz
x=0、1、4
y=1、3
z=1、3、10
で表されることを特徴とする請求項9に記載の熱電素子。 - 前記第1の熱電材料が化学式(5)
NiO
前記第2の熱電材料がLNOであることを特徴とする請求項10に記載の熱電素子。 - 前記第1の熱電材料がランタンコバルト酸化物であり、前記導電層がランタンストロンチウムコバルト酸化物であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の熱電素子。
- 前記第1の熱電材料と前記第2の熱電材料が化学式(6)
La1-xSrxCoyOz
0≦x≦1.0、y=1、z=3
で表されることを特徴とする請求項12に記載の熱電素子。 - 前記第1の熱電材料が化学式(7)
LaCoO3
(以下「LCO」という。)
前記第2の熱電材料が化学式(8)
La0.6Sr0.4CoO3
(以下「LSCO」という。)
で表されることを特徴とする請求項13に記載の熱電素子。 - 前記第1の熱電材料と前記第2の熱電材料とが、タングステンブロンズ型金属酸化物であり、Ba、Ca、Na、Ag、K、Nb、Taのいずれかから選ばれる1つ以上の元素を含むことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の熱電素子。
- 前記第1の熱電材料と前記第2の熱電材料が、化学式(9)
AxByB’zOt
AはBa、Caから選ばれる元素
BはNa、Ag、Kから選ばれる元素
B’はNb、Taから選ばれる元素
1.8≦x≦2.2、y=1、z=5、t=15
で表されることを特徴とする請求項15に記載の熱電素子。 - 前記第1の熱電材料が化学式(10)
Ba2NaNb5O15
(以下「BNN」という。)で表され、
前記第2の熱電材料が化学式(11)
Ba2AgNb5O15
(以下「BAN」という。)で表されることを特徴とする請求項16に記載の熱電素子。 - 前記BNN、又は前記BANの結晶が配向していることを特徴とする請求項17に記載の熱電素子。
- 第1の熱電材料をテープ状に成型する工程と、
第2の熱電材料をテープ状に成型する工程と、
前記成型した2種類のテープを積層し、焼結処理を行う工程と、
を備え、
前記第1の熱電材料のゼーベック係数の絶対値は前記第2の熱電材料のゼーベック係数の絶対値よりも大きく、前記第1の熱電材料の導電率は前記第2の熱電材料の導電率よりも小さいことを特徴とする熱電素子の製造方法。 - SrCO3とTiO2の粉末を混合し、固相反応により前記第1の熱電材料であるSrTiO3を作製する工程と、
La2O3とNiOの粉末を混合し、固相反応法により前記第2の熱電材料であるLNOを作製する工程と、
を備えたことを特徴とする請求項19に記載の熱電素子の製造方法。 - 前記第1の熱電材料はNiOであり、
La2O3とNiOの粉末を混合し、固相反応法により前記第2の熱電材料であるLNOを作製する工程と、
を備えたことを特徴とする請求項19に記載の熱電素子の製造方法。 - La2O3とCo3O4の粉末を混合し、固相反応法により前記第1の熱電材料であるLCOを作製する工程と、
La2O3とSrCO3とCo3O4の粉末を混合し、固相反応法により前記第2の熱電材料であるLSCOを作製する工程と、
を備えたことを特徴とする請求項19に記載の熱電素子の製造方法。 - BaCO3とNa2CO3とNb2O5の粉末を混合し、固相反応法により前記第1の熱電材料であるBNNを作製する工程と、
BaCO3とAgOとNb2O5の粉末を混合し、固相反応法により前記第2の熱電材料であるBANを作製する工程と、
を備えたことを特徴とする請求項19に記載の熱電素子の製造方法。 - BaCO3とNaClとNb2O5との粉末を混合し、固相反応法により、BNNの配向した針状粒子を作成する工程と、
BaCO3とKClとNb2O5との粉末を混合し、固相反応法により、Ba2KNb5O15(以下「BKN」という。)の配向した針状粒子を作成する工程と、
前記BNNにBaNb2O6(以下「BN」という。)とNaNbO3(以下「NN」という。)を加え、湿式混合を行いテープ状に成型する工程と、
前記BKNにBNとAgNbO3(以下「AN」という。)を加え、湿式混合を行いテープ状に成型する工程と、
前記成型した2種類のテープを積層し、焼結処理を行う工程と、
黒鉛とともに1000℃以上の温度で処理する工程と、
を備えたことを特徴とする熱電素子の製造方法。
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