JP2018142564A - 熱電変換材料及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記Siと前記Yb−Si系シリサイドそれぞれの平均結晶粒径は、0より大きく100nm以下である、熱電変換材料である。
本開示は、複合ナノ結晶シリサイドの出力因子を大きくするための手段として、適切な元素の組み合わせと量(適切な組成)、適切な結晶構造の組み合わせ、適切な作製手法と寸法を提供する。本開示によれば、複合ナノ結晶シリサイドの薄膜やバルクの作成に適切な方法を用いることで、各相の結晶構造を制御し熱電変換材料の性能指数が大きい無毒安価な熱電変換材料を提供できる。
S:ゼーベック係数
κ:熱伝導率
ρ:電気抵抗率
T=動作温度
EF:Fermi準位
E:binding energy
N:状態密度
1/ρ=λFνFN(EF) (3)
λF:Fermi準位における電子の平均自由行程
νF:Fermi準位における電子の速度
Cp:試料定圧比熱、ζ:材料の密度
kf=d2/τf (5)
d:結晶粒径
τf:粒の裏面から表面に熱が伝わるまでの時間
以下において、サンプルの作成及びそのサンプルの測定結果を示す。発明者らは、多層構造を有する複数種類の熱電変換材料を作製した。具体的には、発明者らは、複数種類のシリサイド多層膜を作成した。各熱電変換材料の作成は、マグネトロンスパッタ法で複数層を積層し、その後真空中熱処理を実施した。さらに、発明者らは、作成した複数種類の熱電変換材料それぞれの結晶構造、組織構造、熱電変換特性を評価した。
Si/Yb−Si多層膜:Sub.//[Si(n−a*n)/Yb−Si(a*n)]*D/n
Sapp.//[Si(n−a*n)/Yb−Si(a*n)]*D/n、(D=200nm、n=20nm、a=0.2)
多層膜の厚みは200nm、積層周期nは20nm、Si層の厚みは16nm、Yb−Si層の厚みは4nmである。
実施例2は、実施例1と異なる熱電変換材料の作製手法を説明する。図5のフローチャートを参照して、本例の作製手法は、原料としてSi、Ybを用い、所望の組成比となるように各原料を秤量する(S21)。原料をBNルツボの中に入れ、不活性ガス雰囲気中において高周波溶解し、BNルツボに付設したノズルから溶解したSi及びYbを高速回転する銅円盤に噴出する事でナノ結晶化した合金リボン(帯状の可撓性薄板)を得る(S22)。
Claims (10)
- Siの結晶粒と、
Yb−Si系シリサイドの結晶粒と、を含み、
前記Siと前記Yb−Si系シリサイドそれぞれの平均結晶粒径は、0より大きく100nm以下である、熱電変換材料。 - 請求項1に記載の熱電変換材料であって、
Si:Ybのat%での比が、99.0:1.0から83.0:17.0の間にある、熱電変換材料。 - 請求項1に記載の熱電変換材料であって、
Si:Ybのat%での比が、92.4:7.6から83.0:17.0の間にある、熱電変換材料。 - 請求項1に記載の熱電変換材料であって、
前記Siと前記Yb−Si系シリサイドの層とを含む多層構造を有し、
前記多層構造における積層周期は、10nm以上50nm未満である、熱電変換材料。 - 請求項1に記載の熱電変換材料であって、
前記Siと前記Yb−Si系シリサイドの層とが交互に積層された多層構造を有し、
前記多層構造における積層周期において、前記Yb−Si系シリサイドの膜厚比率が0.2より大きく1.0より小さい範囲に含まれる、熱電変換材料。 - 請求項1に記載の熱電変換材料であって、
前記Siと前記Yb−Si系シリサイドの層とが交互に積層された多層構造を有し、
前記多層構造における積層周期において、前記Yb−Si系シリサイドの膜厚比率が0.4以上0.9以下の範囲に含まれる、熱電変換材料。 - 0より大きく100nm以下であるSi層と、0より大きく100nm以下であるYb−Si系シリサイド層と、で構成された積層単位を、基板上に積層して多層膜を形成し、
前記多層膜を熱処理して、平均結晶粒径が0より大きく100nm以下であるSiの結晶粒とYb−Si系シリサイドの結晶粒と、を含む多層膜を形成する、ことを含む、熱電変換材料の製造方法。 - 請求項7に記載の製造方法であって、
前記積層単位の厚みは、10nm以上50nm未満である、熱電変換材料の製造方法。 - 請求項7に記載の製造方法であって、
前記積層単位に対する前記Yb−Si系シリサイド層の厚みの比率は、0.2より大きく1.0より小さい範囲に含まれる、熱電変換材料の製造方法。 - Si元素とYb元素を含む材料をノズルから噴出しながら冷却して、ナノ結晶化したリボンを生成し、
前記リボンを粉砕して粉末を作製し、
前記粉末を所定圧力の下で焼結して、それぞれ平均結晶粒径が0より大きく100nm以下であるSi結晶粒及びYb−Si系シリサイド結晶粒を含む熱電材料を形成する、ことを含む熱電変換材料の製造方法。
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