JP2018142564A5

JP2018142564A5 -

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Publication number: JP2018142564A5
Application number: JP2017034270A
Authority: JP
Filing date: 2017-02-27
Publication date: 2019-04-18
Anticipated expiration: 2037-02-27

Description

本発明の他の一例は、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変換材料を形成する、ことを含む熱電変換材料の製造方法である。

熱電変換モジュール１００は、熱源に近接して配置され、高温側絶縁基板１０１が熱源に向けられる。熱電変換モジュール１００は、内部に温度差が生じることにより発電する。具体的には、ｐ型熱電変換素子１０５は、温度勾配に対し低温側から高温側に向かって起電力を生成する。一方、ｎ型熱電変換素子１０６は、温度勾配に対し高温側から低温側に向かって起電力を生成する。

本開示の複合ナノ結晶シリサイドにおいて、結晶粒径（又は膜厚）を２０ｎｍ未満まで小さくして熱伝導率κを小さくしても、従来のシリサイドと異なって、出力因子（＝Ｓ^２／ρ）の減少が軽微あるいは大幅に上昇する。また、本開示の複合結晶シリサイドは、結晶構造の組み合わせに応じて、ｐ型又はｎ型の出力因子（＝Ｓ^２／ρ）を示す。

適切に組成調整した本開示の複合ナノ結晶シリサイドの平均の結晶粒径を、１００ｎｍ未満とすると、性能指数ＺＴを効果的に向上させることができる。平均の結晶粒径を１０ｎｍ以上５０ｎｍ未満とすると、性能指数ＺＴをさらに向上させ得る。また、平均の結晶粒径を１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下とすると、性能指数ＺＴをさらに向上させ得る。

以下において、複合ナノ結晶シリサイドの出力因子を大きくするために適切な、元素組み合わせ、元素組成比、結晶相の組み合わせ、寸法、作製手法等をより具体的に示す。本開示の熱電変換材料は、薄膜又はバルクの形態で製造することができる。

Ｓａｐｐ．／／［Ｓｉ（ｎ−ａ＊ｎ）／Ｙｂ−Ｓｉ（ａ＊ｎ）］＊Ｄ／ｎ、（Ｄ＝２００ｎｍ、ｎ＝２０ｎｍ、ａ＝０．２、０．６、１．０）

出力因子Ｐは、Ｙｂ−Ｓｉ膜厚比率が６０％（ａ＝０．６）で極大値を示す。一方、Ｙｂ−Ｓｉ膜厚比率が２０％（ａ＝０．２）及びＹｂ−Ｓｉ膜厚比率が１００％（ａ＝１．０）では、出力因子Ｐが低下している。この結果から、Ｙｂ−Ｓｉ膜厚比率を０．２＜ａ＜１．０の範囲で調整すれば、この範囲外よりも出力因子Ｐを増加せしめるＳｉ／Ｙｂ−Ｓｉ多層膜を得ることができることが分かる。

以上のように、熱電変換材料の全体組成、複合ナノ材料の構造を規定する定数（積層周期ｎ、膜厚比率ａ）を適切に設定すること、熱電変換材料として使用されるシリサイドの出力因子を向上させることができることが示された。

領域Ｌは液相領域である。破線の直線７０１と実線の弧７０２、７０３で囲まれる領域は、液相と固相の共存域である。２つの弧状実線７０２、７０３が交わる頂点を共晶点といい、ＳｉとＹｂＳｉ_２の組成比は、体積比において１：１である。

Claims

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変換材料を形成する、ことを含む熱電変換材料の製造方法。