JP2020057727A - Thermoelectric material and manufacturing method therefor, and thermoelectric generation element - Google Patents

Thermoelectric material and manufacturing method therefor, and thermoelectric generation element Download PDF

Info

Publication number
JP2020057727A
JP2020057727A JP2018188779A JP2018188779A JP2020057727A JP 2020057727 A JP2020057727 A JP 2020057727A JP 2018188779 A JP2018188779 A JP 2018188779A JP 2018188779 A JP2018188779 A JP 2018188779A JP 2020057727 A JP2020057727 A JP 2020057727A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thermoelectric material
satisfies
thermoelectric
binary compound
type
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
JP2018188779A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP7209957B2 (en
Inventor
孝雄 森
Takao Mori
孝雄 森
クワンシェン ゴウ
Quansheng Guo
クワンシェン ゴウ
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 for Materials Science
Original Assignee
National Institute for Materials Science
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 for Materials Science filed Critical National Institute for Materials Science
Priority to JP2018188779A priority Critical patent/JP7209957B2/en
Publication of JP2020057727A publication Critical patent/JP2020057727A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7209957B2 publication Critical patent/JP7209957B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

To provide a thermoelectric material which is made into p-type and n-type by composition control, showing a thermoelectric effect in a range from a room temperature to 600 K and having a binary compound of Cr and Se as a main component, and to provide a manufacturing method therefor and thermoelectric generation element.SOLUTION: The thermoelectric material is at least a binary compound of Cr and Se and is expressed by the following general formula: CrSe, where p satisfies -0.1≤p<0 or 0<p≤0.2 and q satisfies -0.1≤q≤0.05, with the binary compound which is a phase expressed by CrSehaving a crystalline structure of a trigonal system.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、熱電材料、その製造方法およびそれを用いた熱電発電素子に関する。   The present invention relates to a thermoelectric material, a method for producing the same, and a thermoelectric generator using the same.

世界の中で特に省エネルギーが進んだ我が国においてでも、一次供給エネルギーの約3/4が熱エネルギーとして廃棄されているのが現状であり、排熱回収技術の確立およびその普及が望まれている。そのような状況の下、熱電発電素子は、熱エネルギーを回収して電気エネルギーに直接変換できるため、発電機などの大きな需要がある。また、このような熱電変換の技術は、コンピュータの冷却や自動車空調等の冷却素子としても期待されている。   Even in Japan, where energy conservation has been particularly advanced in the world, at present, about 3/4 of the primary supply energy is discarded as heat energy, and establishment and diffusion of waste heat recovery technology is desired. Under such circumstances, thermoelectric power generation elements are in great demand, such as power generators, because they can recover heat energy and directly convert it to electrical energy. Further, such a thermoelectric conversion technology is also expected to be used as a cooling element for cooling a computer, air conditioning of an automobile, and the like.

このような熱電発電素子に適用される熱電材料は盛んに研究され、種々開発されている。近年、CrSeを用いた熱電材料が開発された(例えば、非特許文献1および2を参照)。非特許文献1は、CrSeのSeサイトをSで一部置換した材料が、p型熱電材料となることを報告している。また、非特許文献2は、CrSeのCrサイトをMn、NbあるいはNiで一部置換し、SeサイトをSで一部置換した材料が、p型熱電材料となることを報告している。 Thermoelectric materials applied to such thermoelectric generators have been actively studied and variously developed. In recent years, thermoelectric materials using Cr 2 Se 3 have been developed (for example, see Non-Patent Documents 1 and 2). Non-Patent Document 1 reports that a material in which the Se site of Cr 2 Se 3 is partially substituted with S is a p-type thermoelectric material. Non-Patent Document 2 reports that a material in which the Cr site of Cr 2 Se 3 is partially substituted with Mn, Nb or Ni and the Se site is partially substituted with S is a p-type thermoelectric material. I have.

非特許文献1および2によれば、ノンドープのCrSeは、p型熱電特性を示すが、ゼーベック係数の絶対値が小さく、そのままでは実用化には難しいことが分かる。応用に際しては、同系統材料で対となるp型熱電材料とn型熱電材料が必要であるが、非特許文献1および2に示されるように、CrSeを用いたn型熱電材料は開発されていない。 According to Non-Patent Documents 1 and 2, non-doped Cr 2 Se 3 shows p-type thermoelectric characteristics, but has a small absolute value of the Seebeck coefficient, and it is difficult to put it to practical use as it is. For application, a pair of p-type thermoelectric material and n-type thermoelectric material of the same type of material are required. However, as shown in Non-Patent Documents 1 and 2, an n-type thermoelectric material using Cr 2 Se 3 is Not developed.

また、熱的なマッチングなどの観点より、p型熱電材料とn型熱電材料とが、同じ化合物からなることが最も望ましいが、一般的にそれは難しい。このため、CrとSeとの二元系化合物からなり、p型熱電特性およびn型熱電特性を有する熱電材料が開発されれば有利である。加えて、600K以下の熱が未利用熱の大部分を占有するが、こうしたいわゆる貧熱を回収するに好適な熱電材料が開発されることが望ましい。   From the viewpoint of thermal matching and the like, it is most desirable that the p-type thermoelectric material and the n-type thermoelectric material be made of the same compound, but generally it is difficult. Therefore, it would be advantageous if a thermoelectric material consisting of a binary compound of Cr and Se and having p-type and n-type thermoelectric properties could be developed. In addition, although the heat of 600K or less occupies most of the unused heat, it is desirable to develop a thermoelectric material suitable for collecting such so-called poor heat.

Tingting Zhangら,J.Mater.Chem.C,2018,6,836−846Tinting Zhang et al. Mater. Chem. C, 2018, 6, 833-846 Tingting Zhangら,ACS Appl.Mater.Interfaces,2018,10,22389−22400Tingting Zhang et al., ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 22389-22400

以上から、本発明の課題は、CrとSeとの二元系化合物を主成分とし、室温から600Kにおいて熱電効果を示し、組成制御によってp型およびn型となる熱電材料、その製造方法および熱電発電素子を提供することである。   As described above, an object of the present invention is to provide a thermoelectric material containing a binary compound of Cr and Se as a main component, exhibiting a thermoelectric effect from room temperature to 600 K, and being p-type and n-type by composition control, a method for producing the same, and a thermoelectric material. It is to provide a power generating element.

本発明の熱電材料は、少なくとも、CrとSeとの二元系化合物を含有し、前記二元系化合物は、一般式Cr2+pSe3+q(ここで、pは−0.1≦p<0または0<p≦0.2を満たし、qは−0.1≦q≦0.05を満たす)で表され、前記二元系化合物は、三方晶系の結晶構造を有するCrSeで表される相であり、これにより上記課題を解決する。
前記二元系化合物において、前記Seに対する前記Crの原子比は、0.623以上0.759以下を満たしてもよい。
前記結晶構造の空間群は、R3−であってもよい。
前記pは、−0.1≦p<0または0<p<0.05を満たし、室温から600K以下の温度範囲においてp型を示してもよい。
前記二元系化合物において、前記Seに対する前記Crの原子比は、0.623以上0.707未満を満たしてもよい。
前記pは、−0.05≦p≦−0.02または0<p≦0.04を満たしてもよい。
前記二元系化合物において、前記Seに対する前記Crの原子比は、0.639以上0.703以下を満たしてもよい。
前記pは、0.05≦p≦0.2を満たし、室温から600K以下の温度範囲においてn型を示してもよい。
前記二元系化合物において、前記Seに対する前記Crの原子比は、0.672以上0.759以下を満たしてもよい。
前記pは、0.06≦p≦0.15を満たしてもよい。
前記二元系化合物において、前記Seに対する前記Crの原子比は、0.675以上0.741以下を満たしてもよい。
前記二元系化合物は、前記CrSeで表される相を70重量%以上含有してもよい。
前記二元系化合物は、前記Ceおよび前記Se以外の異種元素を含有しなくてもよい。
本発明の熱電材料を製造する方法は、Crを含有する原料およびSeを含有する原料を、一般式Cr2+xSe(ここで、xは−0.1≦x<0または0<x≦0.2を満たす)を満たすように混合するステップと、前記混合するステップで得られた混合物を焼成するステップとを包含し、これにより上記課題を解決する。
前記混合するステップは、前記Crを含有する原料および前記Seを含有する原料を、前記Seに対する前記Crの原子比が、0.633以上0.733以下を満たすように混合してもよい。
前記焼成するステップは、前記混合物を、不活性雰囲気または真空中、1073K以上1773K以下の温度範囲で焼成してもよい。
前記混合するステップに続いて、前記混合物を成形するステップをさらに包含してもよい。
前記焼成するステップに続いて、前記焼成するステップで得られた焼成体を急冷するステップをさらに包含してもよい。
本発明の熱電発電素子は、交互に直列に接続されたp型熱電材料およびn型熱電材料を備え、前記p型熱電材料およびn型熱電材料の少なくとも一方は、上述の熱電材料であり、これにより上記課題を解決する。
前記p型熱電材料は、上述の熱電材料であり、前記n型熱電材料は、上述の熱電材料であってもよい。
The thermoelectric material of the present invention contains at least a binary compound of Cr and Se, and the binary compound has a general formula of Cr 2 + p Se 3 + q (where p is −0.1 ≦ p <0 or 0 <p ≦ 0.2, q satisfies −0.1 ≦ q ≦ 0.05), and the binary compound is represented by Cr 2 Se 3 having a trigonal crystal structure. This solves the above problem.
In the binary compound, an atomic ratio of the Cr to the Se may satisfy 0.623 or more and 0.759 or less.
The space group of the crystal structure may be R3-.
The p satisfies -0.1 ≦ p <0 or 0 <p <0.05, and may show p-type in a temperature range from room temperature to 600 K or less.
In the binary compound, an atomic ratio of the Cr to the Se may satisfy 0.623 or more and less than 0.707.
The p may satisfy -0.05 ≦ p ≦ −0.02 or 0 <p ≦ 0.04.
In the binary compound, an atomic ratio of the Cr to the Se may satisfy 0.639 or more and 0.703 or less.
The above p satisfies 0.05 ≦ p ≦ 0.2 and may be n-type in a temperature range from room temperature to 600K or less.
In the binary compound, an atomic ratio of the Cr to the Se may satisfy 0.672 or more and 0.759 or less.
The p may satisfy 0.06 ≦ p ≦ 0.15.
In the binary compound, the atomic ratio of Cr to Se may satisfy 0.675 or more and 0.741 or less.
The binary compound may contain 70% by weight or more of the phase represented by Cr 2 Se 3 .
The binary compound may not contain a different element other than Ce and Se.
In the method for producing a thermoelectric material of the present invention, a raw material containing Cr and a raw material containing Se are converted to a general formula Cr 2 + x Se 3 (where x is −0.1 ≦ x <0 or 0 <x ≦ 0). .2), and firing the mixture obtained in the mixing step, thereby solving the above-mentioned problems.
In the mixing, the Cr-containing raw material and the Se-containing raw material may be mixed such that the atomic ratio of Cr to Se satisfies 0.633 or more and 0.733 or less.
In the firing step, the mixture may be fired in an inert atmosphere or in a vacuum at a temperature ranging from 1073K to 1773K.
Following the mixing step, the method may further include a step of forming the mixture.
After the firing step, the method may further include a step of rapidly cooling the fired body obtained in the firing step.
The thermoelectric power generation element of the present invention includes a p-type thermoelectric material and an n-type thermoelectric material connected alternately in series, and at least one of the p-type thermoelectric material and the n-type thermoelectric material is the thermoelectric material described above. Solves the above problem.
The p-type thermoelectric material may be the above-described thermoelectric material, and the n-type thermoelectric material may be the above-described thermoelectric material.

本発明の熱電材料は、少なくとも、CrとSeとの二元系化合物を含有する。CrとSeとの二種の元素からなるので、非常にシンプルな熱電材料であり、素子設計に有利である。また、この二元系化合物は、一般式Cr2+pSe3+q(ここで、pは−0.1≦p<0または0<p≦0.2を満たし、qは−0.1≦q≦0.05を満たす)で表され、三方晶系の結晶構造を有するCrSeで表される相である。また、上述の一般式を満たし、上記の相であれば、室温から600K以下の温度範囲において、優れた熱電特性を発揮できる。特に、パラメータxを制御することにより、n型およびp型を制御できるので、同一元素でn型およびp型の熱電材料を提供できる。同一元素からなるn型およびp型の熱電材料を用いれば、熱膨張係数が同じであるため、熱電発電素子の設計に極めて有利である。 The thermoelectric material of the present invention contains at least a binary compound of Cr and Se. Since it is composed of two elements, Cr and Se, it is a very simple thermoelectric material, which is advantageous for element design. Further, this binary compound has a general formula of Cr 2 + p Se 3 + q (where p satisfies −0.1 ≦ p <0 or 0 <p ≦ 0.2, and q satisfies −0.1 ≦ q ≦ 0 0.55) and a phase represented by Cr 2 Se 3 having a trigonal crystal structure. In addition, if the above-mentioned general formula is satisfied and the above-mentioned phase is used, excellent thermoelectric properties can be exhibited in a temperature range from room temperature to 600 K or less. In particular, since the n-type and p-type can be controlled by controlling the parameter x, n-type and p-type thermoelectric materials can be provided with the same element. If n-type and p-type thermoelectric materials made of the same element are used, they have the same coefficient of thermal expansion, which is extremely advantageous for designing a thermoelectric power generation element.

本発明の熱電材料の製造方法は、Crを含有する原料およびSeを含有する原料を、一般式Cr2+xSe(ここで、xは−0.1≦x<0または0<x≦0.2を満たす)を満たすように混合するステップと、混合物を焼成するステップとを包含する。原料の調整において、上記一般式を満たすように混合するだけで、上述の熱電材料が得られるため、特別な技術を不要とし、低コストで歩留まりよく熱電材料を提供できる。 In the method for producing a thermoelectric material according to the present invention, a raw material containing Cr and a raw material containing Se are converted to a general formula Cr 2 + x Se 3 (where x is −0.1 ≦ x <0 or 0 <x ≦ 0. 2) and firing the mixture. In the preparation of the raw materials, the above-mentioned thermoelectric material can be obtained only by mixing so as to satisfy the above-mentioned general formula. Therefore, a special technique is not required, and the thermoelectric material can be provided at low cost and with high yield.

CrSe結晶を示す模式図Schematic diagram showing a Cr 2 Se 3 crystal 本発明の熱電材料を製造する工程を示すフローチャートFlow chart showing steps for manufacturing the thermoelectric material of the present invention 本発明の熱電材料を用いた熱電発電素子を示す模式図Schematic diagram showing a thermoelectric power generation element using the thermoelectric material of the present invention 例1〜例7による試料のX線回折パターンを示す図The figure which shows the X-ray diffraction pattern of the sample by Examples 1-7. 例1〜例7の試料の電気伝導率の温度依存性を示す図The figure which shows the temperature dependence of the electric conductivity of the sample of Examples 1-7. 例1〜例7の試料のゼーベック係数の温度依存性を示す図The figure which shows the temperature dependence of the Seebeck coefficient of the sample of Examples 1-7. 例1〜例7の試料の電気出力因子の温度依存性を示す図The figure which shows the temperature dependence of the electric power factor of the sample of Examples 1-7. 例1〜例7の試料の熱伝導率の温度依存性を示す図The figure which shows the temperature dependence of the thermal conductivity of the sample of Examples 1-7. 例1〜例7の試料の無次元性能指数ZTの温度依存性を示す図The figure which shows the temperature dependence of the dimensionless figure of merit ZT of the sample of Examples 1-7.

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお、同様の要素には同様の番号を付し、その説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the same reference numerals are given to the same elements, and the description thereof will be omitted.

(実施の形態1)
実施の形態1では、本発明の熱電材料およびその製造方法について説明する。
(Embodiment 1)
Embodiment 1 describes a thermoelectric material of the present invention and a method for manufacturing the same.

本願発明者らは、クロム(Cr)とセレン(Se)との二元系化合物に着目し、種々の組成とすることにより、熱電材料となることを見出した。特に、組成を制御するだけで、p型熱電材料にもn型も熱電材料にもなることが分かった。以下に詳細に説明する。   The inventors of the present application focused on a binary compound of chromium (Cr) and selenium (Se), and found that a variety of compositions provided a thermoelectric material. In particular, it was found that the p-type thermoelectric material as well as the n-type thermoelectric material can be obtained only by controlling the composition. This will be described in detail below.

本発明の熱電材料は、少なくとも、クロム(Cr)とセレン(Se)との二元系化合物を含有する。このような二元系化合物は、一般式Cr2+pSe3+q(ここで、pは−0.1≦p<0または0<p≦0.2を満たし、qは−0.1≦q≦0.05を満たす)で表され、三方晶系の結晶構造を有するCrSeで表される相である。二元系化合物が、上述の一般式を満たし、かつ、上述の結晶構造を有する相である場合、室温から600K以下の温度範囲において、優れた熱電特性を発揮できる。 The thermoelectric material of the present invention contains at least a binary compound of chromium (Cr) and selenium (Se). Such a binary compound has a general formula of Cr 2 + p Se 3 + q (where p satisfies −0.1 ≦ p <0 or 0 <p ≦ 0.2, and q satisfies −0.1 ≦ q ≦ 0 0.55) and a phase represented by Cr 2 Se 3 having a trigonal crystal structure. When the binary compound is a phase that satisfies the above general formula and has the above crystal structure, excellent thermoelectric properties can be exhibited in a temperature range from room temperature to 600 K or less.

本発明の熱電材料において、二元系化合物は、CrおよびSe以外の意図的な異種元素(原料中に含有される不可避不純物を除く)を含有しない。例えば、非特許文献1および2に示すように、異種元素を添加して熱電特性を向上することは知られているが、本発明では異種元素を用いることなく、単に組成を制御するだけで、p型およびn型の熱電特性を発揮できるので、熱膨張係数が変化せず、熱電発電素子の設計に極めて有利である。   In the thermoelectric material of the present invention, the binary compound does not contain intentional foreign elements other than Cr and Se (excluding unavoidable impurities contained in the raw material). For example, as shown in Non-Patent Documents 1 and 2, it is known to improve the thermoelectric properties by adding a different element, but in the present invention, the composition is simply controlled without using a different element. Since p-type and n-type thermoelectric characteristics can be exhibited, the coefficient of thermal expansion does not change, which is extremely advantageous for designing a thermoelectric power generation element.

図1は、CrSe結晶を示す模式図である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a Cr 2 Se 3 crystal.

図1には、三方晶系の結晶構造を有するCrSeで表される相としてCrSe結晶を示すが、分かりやすさのため、Seを省略して示す。本発明の熱電材料においては、二元系化合物が、上述したように所定の組成を有し、三方晶系の結晶構造を有するCrSeで表される相からなる。ここで、CrSeで表される相(以降では簡単のためCrSe相と称する)とは、図1の結晶構造で表され、表1の結晶パラメータおよび原子座標位置を満たす。 FIG. 1 shows a Cr 2 Se 3 crystal as a phase represented by Cr 2 Se 3 having a trigonal crystal structure, but Se is omitted for clarity. In the thermoelectric material of the present invention, the binary compound has a predetermined composition as described above, and includes a phase represented by Cr 2 Se 3 having a trigonal crystal structure. Here, the phase represented by Cr 2 Se 3 (hereinafter referred to as “Cr 2 Se 3 phase for simplicity”) is represented by the crystal structure in FIG. 1 and satisfies the crystal parameters and atomic coordinate positions in Table 1.

二元系化合物は、三方晶系の結晶構造を有するCrSe相であるが、表1に示すように、三方晶系の結晶構造は、詳細には、空間群R−3(本願明細書において、“3−”とは3のオーバーラインを表す、International Tables for Crystallographyの148番の空間群)の対称性を持ち、格子定数a、bおよびcが、
a=0.625±0.05nm、
b=0.625±0.05nm、および
c=1.738±0.2nm
を満たすものが安定である。この範囲を外れると、結晶が不安定となり得る。
The binary compound is a Cr 2 Se 3 phase having a trigonal crystal structure. As shown in Table 1, the trigonal crystal structure is, in detail, a space group R-3 (specification of the present application). In the description, “3-” represents an overline of 3, and has a symmetry of International Tables for Crystallogy (No. 148 space group), and the lattice constants a, b, and c are:
a = 0.625 ± 0.05 nm,
b = 0.625 ± 0.05 nm, and c = 1.738 ± 0.2 nm
Those that satisfy are stable. Outside this range, the crystals may be unstable.

本発明の熱電材料において二元系化合物がCrSe相であることは、X線回折または中性子線回折により同定できる。本発明の二元系化合物は、上述したように、所定の一般式を満たす組成を有するが、構成元素のCrおよびSeが、CrSe結晶に対して、リッチまたはプアとなる。この場合、格子定数は変化するが、結晶構造および原子が占めるサイトとその座標によって与えられる原子位置とによって与えられる原子位置とは、骨格原子間の結合が切れるほどに大きく変わることはない。このため、本発明では、X線回折や中性子線回折の結果をR3−の空間群でリートベルト解析して求めた格子定数および原子座標から計算されたCr−Seの化学結合の長さ(近接原子間距離)が、表1に示すCrSe結晶の格子定数と原子座標とから計算された化学結合の長さと比べて±5%以内の場合は同一の結晶構造を有すると定義し、CrSe相かどうかの判定を行う。化学結合の長さが±5%を超えて変化すると、化学結合が切れて別の結晶となる場合があるため、このような判定基準とした。 The fact that the binary compound is a Cr 2 Se 3 phase in the thermoelectric material of the present invention can be identified by X-ray diffraction or neutron diffraction. As described above, the binary compound of the present invention has a composition that satisfies the predetermined general formula, but the constituent elements Cr and Se become rich or poor with respect to the Cr 2 Se 3 crystal. In this case, the lattice constant changes, but the crystal structure and the atomic position given by the site occupied by the atom and the atomic position given by the coordinates do not change so much as to break the bond between the skeleton atoms. Therefore, in the present invention, the length of the chemical bond of Cr—Se calculated from the atomic coordinates and the lattice constant obtained by Rietveld analysis of the results of X-ray diffraction and neutron beam diffraction in the space group of R 3 — When the distance between atoms is within ± 5% of the length of the chemical bond calculated from the lattice constant and atomic coordinates of the Cr 2 Se 3 crystal shown in Table 1, it is defined as having the same crystal structure, It is determined whether the phase is Cr 2 Se 3 phase. If the length of the chemical bond changes by more than ± 5%, the chemical bond may be broken and another crystal may be formed.

簡便には、得られた合成品の粉末X線回折パターンと、CrSe結晶の粉末X線回折パターン(例えば、図4の計算値)とを比較することにより、CrSe相かどうかを判定できる。この場合、CrSe結晶の粉末X線回折パターンの主要ピークとしては、回折強度の強い10本程度(条件により、少なくても、多くてもよい)で判定するとよい。表1は、その意味でCrSe相を特定する上において基準となるものである。また、CrSe相の結晶構造を三方晶以外の別の晶系を用いて近似的な構造を定義することができる。この場合、異なった空間群、格子定数および面指数を用いた表現となるが、X線回折パターン(図4の計算値)および結晶構造(図1)に変わりはない。したがって、他の晶系を用いた同定方法であっても、同定結果は本質的に同一となるため、本願明細書では、三方晶系としてX線回折の解析を行うものとする。 Conveniently, the powder X-ray diffraction pattern of the composite article obtained, Cr 2 Se 3 crystal powder X-ray diffraction pattern (e.g., the calculated value of FIG. 4) and by comparing the or Cr 2 Se 3-phase Can be determined. In this case, the main peak of the powder X-ray diffraction pattern of the Cr 2 Se 3 crystal may be determined based on about 10 strong diffraction intensities (may be small or large depending on conditions). Table 1 is a reference in specifying the Cr 2 Se 3 phase in that sense. Further, an approximate structure of the Cr 2 Se 3 phase crystal structure can be defined by using another crystal system other than the trigonal system. In this case, the expression uses a different space group, lattice constant, and plane index, but the X-ray diffraction pattern (the calculated value in FIG. 4) and the crystal structure (FIG. 1) remain unchanged. Therefore, even if the identification method uses another crystal system, the identification result is essentially the same. Therefore, in this specification, the analysis of X-ray diffraction is assumed to be a trigonal system.

本発明の熱電材料は、二元系化合物において、好ましくは、Seに対するCrの原子比(Cr/Se比)が、0.623以上0.759以下を満たす。このように、一般式の組成のみならず、SeとCeとの原子比が所定の範囲を満たすことにより、室温から600K以下の温度範囲において、優れた熱電特性を発揮できる。特に、CrSe結晶そのものである二元系化合物は、p型熱電材料として知られているが、本願発明者らは、Seに対するCrの原子比を制御するだけで、CrSe結晶固有の熱電特性が向上することを見出した。 In the thermoelectric material of the present invention, in the binary compound, the atomic ratio of Cr to Se (Cr / Se ratio) preferably satisfies 0.623 or more and 0.759 or less. As described above, when the atomic ratio of Se to Ce satisfies the predetermined range as well as the composition of the general formula, excellent thermoelectric properties can be exhibited in a temperature range from room temperature to 600 K or less. In particular, a binary compound that is a Cr 2 Se 3 crystal itself is known as a p-type thermoelectric material. However, the present inventors have controlled the Cr 2 Se 3 crystal only by controlling the atomic ratio of Cr to Se. It has been found that the inherent thermoelectric properties are improved.

本願明細書において、本発明の熱電材料は上述の二元系化合物を主相で含有するが、その割合は、重量比で70重量%以上を含有していればよい。主相が70重量%未満の場合、十分な熱電効果が得られない場合がある。主相とする割合は、好ましくは、80重量%以上であり、より好ましくは90重量%以上である。当然ながら、二元系化合物は主相単相からなることが好ましいため、主相の割合の上限は100重量%であるが、熱電特性を発生させるためには、必ずしも単相である必要はない。なお、このような相の割合を測定する方法は、X線回折測定により、d値(1.54Å−5.80Å)の範囲内で観測される回折パターンをもとに、ピーク位置とピーク強度とから相同定(主相と第二相)を行うことができ、最強ピークの積分強度比から析出割合を算出し、主相を決定することができる(例えば、RIR(Reference Intensity Ratio)法)。また、本発明の熱電材料は、上述の二元系化合物に加えて、第二相として、少量のクロム、酸化クロム等を含有してもよい。   In the specification of the present application, the thermoelectric material of the present invention contains the above-described binary compound as a main phase, and the ratio may be 70% by weight or more as a weight ratio. When the main phase is less than 70% by weight, a sufficient thermoelectric effect may not be obtained. The proportion of the main phase is preferably 80% by weight or more, and more preferably 90% by weight or more. Naturally, since the binary compound is preferably composed of a main phase single phase, the upper limit of the proportion of the main phase is 100% by weight. However, in order to generate thermoelectric properties, it is not necessarily required to be a single phase. . The method of measuring the proportion of such a phase is based on the diffraction pattern observed within the range of d value (1.54 ° -5.80 °) by X-ray diffraction measurement, based on the peak position and peak intensity. From the above, phase identification (main phase and second phase) can be performed, the precipitation ratio can be calculated from the integrated intensity ratio of the strongest peak, and the main phase can be determined (for example, RIR (Reference Intensity Ratio) method). . Further, the thermoelectric material of the present invention may contain a small amount of chromium, chromium oxide, or the like as the second phase in addition to the above-described binary compound.

さらに、本発明の熱電材料は、上記一般式において、pが−0.1≦p<0または0<p<0.05を満たす場合、室温から600Kの温度範囲において、p型を示すことができる。より好ましくは、Seに対するCrの原子比が、0.623以上0.707未満を満たす。これにより、室温から600Kの温度範囲において、熱電特性に優れたp型熱電材料となる。   Furthermore, when p satisfies -0.1 ≦ p <0 or 0 <p <0.05 in the above general formula, the thermoelectric material of the present invention may exhibit p-type in a temperature range from room temperature to 600K. it can. More preferably, the atomic ratio of Cr to Se satisfies 0.623 or more and less than 0.707. Thus, a p-type thermoelectric material having excellent thermoelectric properties in a temperature range from room temperature to 600K.

さらに好ましくは、本発明の熱電材料は、上記一般式において、pは、−0.05≦p≦−0.02または0<p≦0.04を満たす。組成をさらに限定することにより、室温から600Kの温度範囲において、熱電特性にさらに優れたp型熱電材料となる。なおさらに好ましくは、Seに対するCrの原子比が、0.639以上0.703以下を満たす。これにより、室温から600Kの温度範囲において、大きなゼーベック係数(絶対値)を有するp型熱電材料となる。なお、さらに好ましくは、本発明の熱電材料は、上記一般式において、pは、−0.04≦p≦−0.02または0<p≦0.04を満たし、Seに対するCrの原子比が、0.643以上0.703以下を満たす。qは、好ましくは、−0.05≦q≦0.05を満たす。   More preferably, in the thermoelectric material of the present invention, in the above general formula, p satisfies −0.05 ≦ p ≦ −0.02 or 0 <p ≦ 0.04. By further restricting the composition, a p-type thermoelectric material having more excellent thermoelectric properties can be obtained in a temperature range from room temperature to 600K. Still more preferably, the atomic ratio of Cr to Se satisfies 0.639 or more and 0.703 or less. Thereby, a p-type thermoelectric material having a large Seebeck coefficient (absolute value) in a temperature range from room temperature to 600 K is obtained. More preferably, in the thermoelectric material of the present invention, in the above general formula, p satisfies −0.04 ≦ p ≦ −0.02 or 0 <p ≦ 0.04, and the atomic ratio of Cr to Se is , 0.643 or more and 0.703 or less. q preferably satisfies -0.05 ≦ q ≦ 0.05.

さらに、本発明の熱電材料は、上記一般式において、pが0.05≦p≦0.2を満たす場合、室温から600Kの温度範囲において、n型を示すことができる。より好ましくは、Seに対するCrの原子比が、0.672以上0.759以下を満たす。これにより、室温から600Kの温度範囲において、熱電特性に優れたn型熱電材料となる。   Furthermore, when p satisfies 0.05 ≦ p ≦ 0.2 in the above general formula, the thermoelectric material of the present invention can exhibit n-type in a temperature range from room temperature to 600K. More preferably, the atomic ratio of Cr to Se satisfies 0.672 or more and 0.759 or less. Thus, an n-type thermoelectric material having excellent thermoelectric properties in a temperature range from room temperature to 600K is obtained.

さらに好ましくは、本発明の熱電材料は、上記一般式において、pは、0.06≦p≦0.15を満たす。組成をさらに限定することにより、室温から600Kの温度範囲において、熱電特性にさらに優れたn型熱電材料となる。なおさらに好ましくは、Seに対するCrの原子比が、0.675以上0.741以下を満たす。これにより、室温から600Kの温度範囲において、大きなゼーベック係数(絶対値)を有するn型熱電材料となる。なお好ましくは、pは、0.06≦p≦0.12を満たし、Seに対するCrの原子比が、0.675以上0.731以下を満たす。qは、好ましくは、−0.05≦q≦0.05を満たす。   More preferably, in the thermoelectric material of the present invention, in the above general formula, p satisfies 0.06 ≦ p ≦ 0.15. By further restricting the composition, an n-type thermoelectric material having more excellent thermoelectric properties can be obtained in a temperature range from room temperature to 600K. Still more preferably, the atomic ratio of Cr to Se satisfies 0.675 or more and 0.741 or less. Thus, an n-type thermoelectric material having a large Seebeck coefficient (absolute value) in a temperature range from room temperature to 600 K is obtained. Preferably, p satisfies 0.06 ≦ p ≦ 0.12, and the atomic ratio of Cr to Se satisfies 0.675 or more and 0.731 or less. q preferably satisfies -0.05 ≦ q ≦ 0.05.

このようにCrとSeとを極めて限定した組成となるように制御することにより、同一元素でn型およびp型の熱電材料を提供できる。なお、組成は、蛍光X線分析などによって分析可能である。   By controlling the composition of Cr and Se to have a very limited composition, n-type and p-type thermoelectric materials can be provided with the same element. Note that the composition can be analyzed by fluorescent X-ray analysis or the like.

本発明の熱電材料の形態は、上述の一般式で表される二元系化合物を含有すれば、焼結体、粉体、薄膜等問わない。本発明の熱電材料は上述の二元系化合物を主成分とするが、例えば、焼結体や粉体である場合、上述の二元系化合物に加えて添加物を含有してもよい。このような観点から、本願明細書において、金属間化合物の主成分とする量は、70重量%以上であればよい。70重量%未満の場合、十分な熱電効果が得られない。添加物は、焼結助剤、結着剤等であってもよい。また、本発明の熱電材料は、製造において混入するC(炭素)、金属またはその酸化物等の不可避不純物を含有することも意図する。このような不可避不純物の含有量は、熱電性能を低減させない限り制限はないが、好ましくは、0.15重量%以下であることが望ましい。   The form of the thermoelectric material of the present invention is not limited to a sintered body, powder, thin film, etc., as long as it contains the binary compound represented by the above general formula. Although the thermoelectric material of the present invention has the above-mentioned binary compound as a main component, for example, when it is a sintered body or a powder, it may contain an additive in addition to the above-mentioned binary compound. From such a viewpoint, in the present specification, the amount of the main component of the intermetallic compound may be 70% by weight or more. If it is less than 70% by weight, a sufficient thermoelectric effect cannot be obtained. The additive may be a sintering aid, a binder, or the like. It is also intended that the thermoelectric material of the present invention contains unavoidable impurities such as C (carbon), metal or its oxide, which are mixed during production. The content of such inevitable impurities is not limited as long as the thermoelectric performance is not reduced, but is preferably 0.15% by weight or less.

次に、本発明の熱電材料を製造する例示的な製造方法を説明する。ここでは、熱電材料がバルク体または粉末である場合を説明する。
図2は、本発明の熱電材料を製造する工程を示すフローチャートである。
Next, an exemplary manufacturing method for manufacturing the thermoelectric material of the present invention will be described. Here, the case where the thermoelectric material is a bulk body or a powder will be described.
FIG. 2 is a flowchart showing steps of manufacturing the thermoelectric material of the present invention.

ステップ210:Crを含有する原料およびSeを含有する原料を一般式Cr2+xSeを満たすように混合する。ここで、xは、−0.1≦x<0または0<x≦0.2を満たす。本願発明者らは、CrおよびSeを含有する原料を、上記一般式を満たすように混合するだけで、上述の本発明の二元系化合物を含有する熱電材料が得られることを見出した。 Step 210: The raw material containing Cr and the raw material containing Se are mixed so as to satisfy the general formula Cr 2 + x Se 3 . Here, x satisfies −0.1 ≦ x <0 or 0 <x ≦ 0.2. The present inventors have found that a thermoelectric material containing the above-described binary compound of the present invention can be obtained only by mixing a raw material containing Cr and Se so as to satisfy the above general formula.

Crを含有する原料およびSeを含有する原料は、それぞれ、Cr金属単体およびSe金属単体であってよいが、例えば、Crのケイ化物、酸化物、炭酸塩、窒化物、酸窒化物、塩化物、フッ化物または酸フッ化物、Seのケイ化物、酸化物、炭酸塩、窒化物、酸窒化物、塩化物、フッ化物または酸フッ化物を用いてもよい。この場合も、各金属元素が、上述の一般式を満たすように混合すればよい。原料は、混合性および取り扱いの観点から粉末、粒、小塊がよい。   The raw material containing Cr and the raw material containing Se may be a Cr metal simple substance and a Se metal simple substance, respectively, for example, Cr silicide, oxide, carbonate, nitride, oxynitride, chloride , Fluoride or oxyfluoride, silicide of Se, oxide, carbonate, nitride, oxynitride, chloride, fluoride or oxyfluoride may be used. Also in this case, the respective metal elements may be mixed so as to satisfy the above general formula. Raw materials are preferably powders, granules, and small lumps from the viewpoint of mixing properties and handling.

さらに、本願発明者らは、上記一般式で表される混合組成を調整することによって、上述の同一元素でn型およびp型の伝導型を制御した本発明の熱電材料を製造できることを見出した。   Further, the present inventors have found that the thermoelectric material of the present invention in which the n-type and p-type conductivity types are controlled by the same element as described above can be produced by adjusting the mixed composition represented by the general formula. .

上記一般式において、好ましくは、Seに対するCrの原子比(Cr/Se比)が、0.6330以上0.733以下を満たすように、原料を混合する。これにより、室温から600K以下の温度範囲において、優れた熱電特性を有する熱電材料を提供できる。   In the above general formula, the raw materials are preferably mixed so that the atomic ratio of Cr to Se (Cr / Se ratio) satisfies 0.6330 or more and 0.733 or less. Thereby, a thermoelectric material having excellent thermoelectric properties in a temperature range from room temperature to 600 K or less can be provided.

上記一般式において、xが−0.1≦x<0または0<x<0.05を満たすように原料を混合する場合、室温から600Kの温度範囲において、p型を示す熱電材料を提供できる。より好ましくは、Seに対するCrの原子比が、0.633以上0.683未満を満たすように混合する。これにより、室温から600Kの温度範囲において、熱電特性に優れたp型熱電材料を提供できる。   In the above general formula, when the raw materials are mixed such that x satisfies −0.1 ≦ x <0 or 0 <x <0.05, a p-type thermoelectric material can be provided in a temperature range from room temperature to 600K. . More preferably, they are mixed so that the atomic ratio of Cr to Se satisfies 0.633 or more and less than 0.683. Thus, a p-type thermoelectric material having excellent thermoelectric properties can be provided in a temperature range from room temperature to 600K.

さらに好ましくは、上記一般式において、xは、−0.05≦x≦−0.02または0<x<0.05を満たすように原料を混合する。原料の組成をさらに限定することにより、室温から600Kの温度範囲において、熱電特性にさらに優れたp型熱電材料を提供できる。なおさらに好ましくは、Seに対するCrの原子比が、0.650以上0.683未満を満たすように混合する。これにより、室温から600Kの温度範囲において、大きなゼーベック係数(絶対値)を有するp型熱電材料を提供できる。なお、さらに好ましくは、上記一般式において、xは、−0.04≦x≦−0.02または0<x≦0.04を満たし、Seに対するCrの原子比が、0.653以上0.680以下を満たすように混合する。   More preferably, in the above general formula, the raw materials are mixed so that x satisfies −0.05 ≦ x ≦ −0.02 or 0 <x <0.05. By further limiting the composition of the raw material, a p-type thermoelectric material having further excellent thermoelectric properties can be provided in a temperature range from room temperature to 600K. Still more preferably, they are mixed so that the atomic ratio of Cr to Se satisfies 0.650 or more and less than 0.683. Thereby, a p-type thermoelectric material having a large Seebeck coefficient (absolute value) in a temperature range from room temperature to 600 K can be provided. More preferably, in the above general formula, x satisfies −0.04 ≦ x ≦ −0.02 or 0 <x ≦ 0.04, and the atomic ratio of Cr to Se is 0.653 or more. Mix to satisfy 680 or less.

さらに、上記一般式において、xが0.05≦x≦0.2を満たすように原料を混合する場合、室温から600Kの温度範囲において、n型を示す熱電材料を提供できる。より好ましくは、Seに対するCrの原子比が、0.683以上0.733以下を満たすように原料を混合する。これにより、室温から600Kの温度範囲において、熱電特性に優れたn型熱電材料を提供できる。   Furthermore, when the raw materials are mixed so that x satisfies 0.05 ≦ x ≦ 0.2 in the above general formula, a thermoelectric material exhibiting n-type can be provided in a temperature range from room temperature to 600K. More preferably, the raw materials are mixed such that the atomic ratio of Cr to Se satisfies 0.683 or more and 0.733 or less. Thus, an n-type thermoelectric material having excellent thermoelectric properties can be provided in a temperature range from room temperature to 600K.

さらに好ましくは、上記一般式において、xは、0.06≦x≦0.15を満たすように原料を混合する。組成をさらに限定することにより、室温から600Kの温度範囲において、熱電特性にさらに優れたn型熱電材料を提供できる。なおさらに好ましくは、Seに対するCrの原子比が、0.687以上0.717以下を満たすように原料を混合する。これにより、室温から600Kの温度範囲において、大きなゼーベック係数(絶対値)を有するn型熱電材料を提供できる。なお好ましくは、xは、0.06≦x≦0.12を満たし、Seに対するCrの原子比が、0.687以上0.707以下を満たす。   More preferably, in the above general formula, x is mixed with the raw materials so that x satisfies 0.06 ≦ x ≦ 0.15. By further limiting the composition, it is possible to provide an n-type thermoelectric material having further excellent thermoelectric properties in a temperature range from room temperature to 600K. Still more preferably, the raw materials are mixed so that the atomic ratio of Cr to Se satisfies 0.687 or more and 0.717 or less. Thus, an n-type thermoelectric material having a large Seebeck coefficient (absolute value) in a temperature range from room temperature to 600 K can be provided. Preferably, x satisfies 0.06 ≦ x ≦ 0.12, and the atomic ratio of Cr to Se satisfies 0.687 or more and 0.707 or less.

このように、一般式のパラメータを制御するだけで、n型およびp型を制御できるので、熟練の技術を必要とせず、歩留まりよく本発明の熱電材料を製造できる。   As described above, since the n-type and p-type can be controlled only by controlling the parameters of the general formula, the thermoelectric material of the present invention can be manufactured with a high yield without requiring any skilled technique.

ステップ220:ステップS210で得られた混合物を焼成する。焼成は、混合物が反応する温度に加熱すればよく、例示的には、1073K以上1773K以下の温度範囲に加熱する。焼成は、好ましくは、窒素またはアルゴン、ヘリウム等の希ガスである不活性雰囲気、または、真空中で行われる。焼成時間は、焼成温度によって異なるが、例示的には、30分以上48時間以下の範囲である。昇温速度は、特に制限はないが、5K/時間以上20K/時間以下の範囲の昇温速度を採用できる。   Step 220: firing the mixture obtained in step S210. The sintering may be performed by heating to a temperature at which the mixture reacts. For example, the firing is performed in a temperature range of 1073K to 1773K. The calcination is preferably performed in an inert atmosphere of nitrogen or a rare gas such as argon or helium, or in vacuum. The firing time varies depending on the firing temperature, but is illustratively in the range of 30 minutes to 48 hours. The heating rate is not particularly limited, but a heating rate in a range of 5 K / hour to 20 K / hour can be employed.

焼成に先立って、混合するステップで得られた混合物を成形してもよい。これにより、反応が促進するため好ましい。このような成形にはプレス成型が使用され得る。また、焼成後、焼成体を急冷してもよい。これにより、均一な焼成体が得られる。急冷は、223K/秒以上の冷却速度で焼成温度から室温まで冷却すればよい。このようにしえ得られた焼成体は、本発明の熱電材料となる。   Prior to firing, the mixture obtained in the mixing step may be shaped. This is preferable because the reaction is accelerated. Press molding can be used for such molding. After firing, the fired body may be rapidly cooled. Thereby, a uniform fired body is obtained. The rapid cooling may be performed at a cooling rate of 223 K / sec or more from the firing temperature to room temperature. The fired body thus obtained is the thermoelectric material of the present invention.

ステップS220で得られた焼成体を粉砕し、焼結することによって、本発明の熱電材料を焼結体として提供できる。焼結は、例示的には、焼成体を粉砕し、所定の形状に成形した成形体を、10MPa以上100MPa以下の圧力範囲で1073K以上1273K℃以下の温度範囲で行われる。焼結時間は、5分以上12時間以下の時間であればよい。焼結は、通常のホットプレス法、パルス通電焼結法、あるいは、放電プラズマ焼結(SPS)を採用できる。   The thermoelectric material of the present invention can be provided as a sintered body by crushing and sintering the fired body obtained in step S220. The sintering is, for example, performed by pulverizing the fired body and shaping the formed body into a predetermined shape in a pressure range of 10 MPa to 100 MPa and a temperature range of 1073 K to 1273 K ° C. The sintering time may be 5 minutes or more and 12 hours or less. For sintering, a normal hot press method, a pulse current sintering method, or a spark plasma sintering (SPS) can be adopted.

なお、焼結のための焼成体の粉砕は、粒子径(d50)が50μm以下となる粒子となるまで行うことがよい。これにより、後述する焼結を促進できる。好ましくは、焼成体は、粒子径が45μm以下となる粒子となるまで粉砕される。これにより、焼結および熱処理を促進し、処理時間を短縮できる。粉砕は、ボールミル、自動乳鉢、振動ミル等の公知の方法によって行われる。   The pulverization of the fired body for sintering is preferably performed until the particle diameter (d50) becomes 50 μm or less. Thereby, sintering described later can be promoted. Preferably, the fired body is pulverized to particles having a particle diameter of 45 μm or less. Thereby, sintering and heat treatment can be promoted, and the processing time can be shortened. The pulverization is performed by a known method such as a ball mill, an automatic mortar, and a vibration mill.

一般に、平均粒子径とは、以下のように定義され得る。粒子径は、沈降法による測定においては沈降速度が等価な球の直径として、レーザ散乱法においては散乱特性が等価な球の直径として定義される。また、粒子径の分布を粒度(粒径)分布という。粒径分布において、ある粒子径より大きい質量の総和が、全粉体のそれの50%を占める場合の粒子径が、平均粒径D50として定義され得る。この定義および用語は、いずれも当業者において周知であり、例えば、JISZ8901「試験用粉体および試験用粒子」、または、粉体工学会編「粉体の基礎物性」(ISBN4−526−05544−1)の第1章等諸文献に記載されている。積算(累積)頻度分布における50%に相当する粒子径を求めて、平均粒径D50とした。平均粒径を求める手段については、上述以外にも多様な手段が開発され、現在も続いている現状にあり、測定値に若干の違いが生じることもあり得るが、平均粒径それ自体の意味、意義は明確であり、必ずしも上記手段に限定されないことを理解されたい。   Generally, the average particle size can be defined as follows. The particle diameter is defined as the diameter of a sphere having an equivalent sedimentation velocity in the measurement by the sedimentation method, and is defined as the diameter of a sphere having an equivalent scattering characteristic in the laser scattering method. Further, the distribution of the particle size is referred to as a particle size (particle size) distribution. In the particle size distribution, the particle size when the sum of masses larger than a certain particle size occupies 50% of that of the whole powder can be defined as the average particle size D50. These definitions and terms are all well known to those skilled in the art, and are described in, for example, JISZ8901 “Test powder and test particles” or “Basic physical properties of powder” edited by Japan Society of Powder Technology (ISBN4-526-05544). It is described in the literature such as Chapter 1 of 1). The particle diameter corresponding to 50% in the integrated (cumulative) frequency distribution was determined and defined as the average particle diameter D50. Various means other than those described above have been developed as means for determining the average particle size, and these conditions are still continuing at present, and there may be slight differences in the measured values. It should be understood that the meaning is clear and is not necessarily limited to the above means.

得られた焼結体を高速カッター等により成型(成形)し、熱電発電素子(熱電発電モジュールと呼んでもよい)に採用してもよい。また、得られた焼結体を、物理的気相成長法におけるターゲットに用いれば、本発明の熱電材料を薄膜として提供できる。   The obtained sintered body may be formed (formed) by a high-speed cutter or the like, and may be employed for a thermoelectric power generation element (may be referred to as a thermoelectric power generation module). Further, if the obtained sintered body is used as a target in a physical vapor deposition method, the thermoelectric material of the present invention can be provided as a thin film.

(実施の形態2)
実施の形態2では、実施の形態1で説明した本発明の熱電材料を用いた熱電発電素子について説明する。
(Embodiment 2)
In the second embodiment, a thermoelectric element using the thermoelectric material of the present invention described in the first embodiment will be described.

図3は、本発明の熱電材料を用いた熱電発電素子を示す模式図である。   FIG. 3 is a schematic view showing a thermoelectric power generation element using the thermoelectric material of the present invention.

本発明による発電熱電素子300は、一対のn型熱電材料310およびp型熱電材料320、ならびに、これらのそれぞれの端部に電極330、340を含む。電極330、340により、n型熱電材料310およびp型熱電材料320は、電気的に直列に接続される。   The power generation thermoelectric element 300 according to the present invention includes a pair of n-type thermoelectric material 310 and p-type thermoelectric material 320, and electrodes 330 and 340 at their respective ends. The electrodes 330 and 340 electrically connect the n-type thermoelectric material 310 and the p-type thermoelectric material 320 in series.

ここで、n型熱電材料310およびp型熱電材料320は、実施の形態1で説明した本発明の熱電材料である。熱膨張係数が同じ同一元素からなるn型およびp型の熱電材料を用いるので、本発明の熱電発電素子300の素子化に有利である。電極330、340は、通常の電極材料であり得るが、例示的には、Al、Ni、Cu等である。   Here, n-type thermoelectric material 310 and p-type thermoelectric material 320 are the thermoelectric materials of the present invention described in the first embodiment. Since the n-type and p-type thermoelectric materials made of the same element having the same coefficient of thermal expansion are used, it is advantageous to make the thermoelectric power generation element 300 of the present invention an element. The electrodes 330 and 340 may be a normal electrode material, but are exemplified by Al, Ni, Cu and the like.

図3では、低温となる側の電極340に半田等によってn型熱電材料310からなるチップが接合され、n型熱電材料310のチップの反対側の端部と、高温となる側の電極330とが半田等によって接合されている様子が示される。同様に、高温側となる側の電極330に半田等によってp型熱電材料320からなるチップが接合され、p型熱電材料320のチップの反対側の端部と、低温となる側の電極340とが半田等によって接合されている様子が示される。   In FIG. 3, a chip made of the n-type thermoelectric material 310 is joined to the electrode 340 on the low-temperature side by soldering or the like, and the opposite end of the chip of the n-type thermoelectric material 310 and the electrode 330 on the high-temperature side are connected to each other. Are joined by solder or the like. Similarly, a chip made of the p-type thermoelectric material 320 is joined to the electrode 330 on the high-temperature side by soldering or the like, and the opposite end of the chip of the p-type thermoelectric material 320 is connected to the electrode 340 on the low-temperature side. Are joined by solder or the like.

電極330が高温、電極340が、電極330に比べて低温となるような環境に、本発明の熱電発電素子300を設置して、端部の電極を電気回路等に接続すると、ゼーベック効果によって電圧が発生し、図3の矢印で示すように、電極340、n型熱電材料310、電極330、p型熱電材料320の順で電流が流れる。詳細には、n型熱電材料310内の電子が、高温側の電極330から熱エネルギーを得て、低温側の電極340へ移動し、そこで熱エネルギーを放出し、それに対して、p型熱電材料320の正孔が高温側の電極330から熱エネルギーを得て、低温側の電極340へ移動して、そこで熱エネルギーを放出するという原理によって電流が流れる。   When the thermoelectric power generation element 300 of the present invention is installed in an environment where the temperature of the electrode 330 is high and the temperature of the electrode 340 is low compared to the temperature of the electrode 330 and the end electrodes are connected to an electric circuit or the like, the voltage is increased by the Seebeck effect. Occurs, and a current flows in the order of the electrode 340, the n-type thermoelectric material 310, the electrode 330, and the p-type thermoelectric material 320, as shown by arrows in FIG. In detail, the electrons in the n-type thermoelectric material 310 obtain thermal energy from the high-temperature side electrode 330 and move to the low-temperature side electrode 340, where the heat energy is released. Electric current flows according to the principle that the holes 320 obtain thermal energy from the high-temperature side electrode 330 and move to the low-temperature side electrode 340, where the thermal energy is released.

本発明では、n型熱電材料310およびp型熱電材料320として実施の形態1で説明した本発明の熱電材料を用いるので、室温〜600Kの広い温度域において発電量の大きな発電熱電素子300を実現できる。室温近傍で同一の構成元素からなる熱電材料を用いるため、良好な熱回収が可能となる。また、熱電材料として薄膜を用いた場合には、IoT電源としてフレキシブル熱電発電モジュールを提供できる。   In the present invention, since the thermoelectric material of the present invention described in Embodiment 1 is used as the n-type thermoelectric material 310 and the p-type thermoelectric material 320, the power generation thermoelectric element 300 having a large power generation in a wide temperature range from room temperature to 600K is realized. it can. Since a thermoelectric material made of the same constituent element is used near room temperature, good heat recovery is possible. When a thin film is used as a thermoelectric material, a flexible thermoelectric power generation module can be provided as an IoT power supply.

図3では、π型の熱電発電素子を用いて説明したが、本発明の熱電材料は、U字型熱電発電素子(図示せず)に用いてもよい。この場合も同様に、本発明の熱電材料からなるn型熱電材料およびp型熱電材料が、交互に電気的に直列に接続されて構成される。   Although FIG. 3 has been described using a π-type thermoelectric power generation element, the thermoelectric material of the present invention may be used for a U-shaped thermoelectric power generation element (not shown). In this case, similarly, the n-type thermoelectric material and the p-type thermoelectric material made of the thermoelectric material of the present invention are alternately electrically connected in series.

以下、実施例および比較例を挙げて本発明の実施の形態をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例の範囲に限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described more specifically with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the scope of these Examples.

[例:1〜7]
例1〜例7では、一般式Cr2+xSe(−0.04≦x≦0.12)満たすように原料を混合し、熱電材料を製造した。Cr(粉末、純度99.99%、株式会社高純度化学研究所製)と、Se(粉末、純度99.99%、株式会社高純度化学研究所製)とを、表2に示す設計組成にしたがって混合した(図2のステップS210)。
[Examples: 1 to 7]
In Examples 1 to 7, the raw materials were mixed so as to satisfy the general formula Cr 2 + x Se 3 (−0.04 ≦ x ≦ 0.12) to produce a thermoelectric material. Cr (powder, purity 99.99%, manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.) and Se (powder, purity 99.99%, manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.) were designed to the design compositions shown in Table 2. Therefore, they were mixed (step S210 in FIG. 2).

各混合物をプレス成型し、ペレット(直径12mm、厚さ1〜2mm)にした。ペレットを石英管に配置し、拡散ポンプで内部を真空にした。その後、表3に示す条件で、室温から1273Kまで100時間かけて昇温(10K/時間)し、1273Kで24時間焼成した(図2のステップS220)。焼成後、水を使って室温まで急冷却した。   Each mixture was press-molded into pellets (diameter 12 mm, thickness 1-2 mm). The pellet was placed in a quartz tube, and the inside was evacuated with a diffusion pump. Thereafter, under the conditions shown in Table 3, the temperature was raised from room temperature to 1273 K over 100 hours (10 K / hour) and calcined at 1273 K for 24 hours (step S220 in FIG. 2). After firing, the mixture was rapidly cooled to room temperature using water.

得られた焼成体をメノウ乳鉢でエタノールを用いた湿式粉砕を行った。粉砕後の焼成体の粒子をメッシュ(目開き45μm)により篩分けし、メッシュを通過した粒径45μm以下の粒子のみ取り出した。粒子を、粉末X線回折法(株式会社リガク製、Smartlab3)により同定し、蛍光X線分析(株式会社堀場製作所製、EMAX Evolution EX)により組成分析を行った。結果を図4、表4および表5に示し、後述する。   The fired body obtained was wet-ground using ethanol in an agate mortar. The particles of the fired body after pulverization were sieved with a mesh (mesh size: 45 μm), and only particles having a particle size of 45 μm or less that passed through the mesh were taken out. The particles were identified by a powder X-ray diffraction method (manufactured by Rigaku Corporation, Smartlab3), and a composition analysis was performed by fluorescent X-ray analysis (manufactured by Horiba, Ltd., EMAX Evolution EX). The results are shown in FIG. 4, Table 4 and Table 5, and will be described later.

次いで、粒子を放電プラズマ焼結(SPS)により焼結体した。詳細には、グラファイト製焼結ダイ(内径20mm、高さ40mm)に粒子を充填し、80MPaの一軸応力の下、昇温速度100K/分、焼結温度923K、5分保持した。このようにして、直径10mm厚さ2mm程度のディスク状の焼結体を得た。   Next, the particles were sintered by spark plasma sintering (SPS). In detail, a graphite sintering die (inner diameter 20 mm, height 40 mm) was filled with particles, and the temperature was raised at a rate of 100 K / min and a sintering temperature of 923 K for 5 minutes under a uniaxial stress of 80 MPa. Thus, a disk-shaped sintered body having a diameter of about 10 mm and a thickness of about 2 mm was obtained.

焼結体を高速カッターにより1.5mm×1.5mm×9mmの直方体に加工し、電気伝導率および熱電物性測定を行った。電気伝導率を、直流四端子法によって測定した。熱電物性としてゼーベック係数および熱伝導率を、定常温度差法により、熱電物性測定評価装置(アドバンス理工株式会社製、ZEM−3)を用いて測定した。測定条件は、いずれも、ヘリウムガス雰囲気下、室温から823Kの温度範囲まで測定した。電気伝導率およびゼーベック係数より得られる熱起電力から電気出力因子を算出し、ゼーベック係数、電気伝導率および熱伝導率から無次元性能指数ZTを算出した。これらの結果を図5〜図9および表5に示し、後述する。   The sintered body was processed into a 1.5 mm × 1.5 mm × 9 mm rectangular parallelepiped by a high-speed cutter, and electric conductivity and thermoelectric properties were measured. The electric conductivity was measured by a direct current four terminal method. The Seebeck coefficient and the thermal conductivity as thermoelectric properties were measured by a steady-state temperature difference method using a thermoelectric property measurement and evaluation device (ZEM-3, manufactured by Advance Riko Co., Ltd.). The measurement conditions were all measured in a helium gas atmosphere from room temperature to 823K. The electrical output factor was calculated from the thermoelectromotive force obtained from the electrical conductivity and the Seebeck coefficient, and the dimensionless figure of merit ZT was calculated from the Seebeck coefficient, the electrical conductivity, and the thermal conductivity. These results are shown in FIGS. 5 to 9 and Table 5 and will be described later.

以上の結果を説明する。
図4は、例1〜例7による試料のX線回折パターンを示す図である。
The above results will be described.
FIG. 4 is a diagram showing X-ray diffraction patterns of the samples according to Examples 1 to 7.

図4には、計算から算出したCrSeのX線回折パターンを併せて示す。図4によれば、例1〜例7のいずれの試料(焼成体)のXRDパターンは、計算したCrSeのXRDパターンに良好に一致した。例1および例2の試料において、図4に示すように、一部不明な相が見られたが、最強ピークの積分強度比から析出割合を算出したところ、主相はいずれも三方晶系の結晶構造を有するCrSe相であり、90質量%以上含有された。 FIG. 4 also shows the X-ray diffraction pattern of Cr 2 Se 3 calculated from the calculation. According to FIG. 4, the XRD pattern of any of the samples (fired bodies) of Examples 1 to 7 was in good agreement with the calculated XRD pattern of Cr 2 Se 3 . In the samples of Example 1 and Example 2, as shown in FIG. 4, some unknown phases were found, but when the precipitation ratio was calculated from the integrated intensity ratio of the strongest peak, the main phase was found to be all trigonal. It was a Cr 2 Se 3 phase having a crystal structure and contained 90% by mass or more.

図4のX線回折パターンからRietveldt解析を行い、結晶構造を求めたところ、表4に示すように、例1〜例7の試料は、いずれも、三方晶系に属し、空間群がR3−および空間群番号148であることを確認した。   When Rietveldt analysis was performed from the X-ray diffraction pattern of FIG. 4 to determine the crystal structure, as shown in Table 4, all of the samples of Examples 1 to 7 belonged to the trigonal system, and the space group was R3- And it was confirmed that it was space group number 148.

さらに、蛍光X線分析による組成分析の結果を表5に示す。   Table 5 shows the results of composition analysis by X-ray fluorescence analysis.

表5によれば、試料中のCrは、仕込み組成と実質同様となったが、Seは、仕込み時からの変動が見られた。例1で得られた試料の組成は、Cr1.96Se3.04であり、例3で得られた試料の組成は、CrSeであった。なお、表には示さないが、例2、4〜7の試料は、いずれも、CrとSeとの二元系化合物であり、一般式Cr2+pSe3+q(ここで、pは−0.1≦p<0または0<p≦0.2を満たし、qは−0.1≦q≦0.05を満たす)の範囲内であることを確認した。 According to Table 5, Cr in the sample was substantially similar to the charged composition, but Se varied from the time of charging. The composition of the sample obtained in Example 1 was Cr 1.96 Se 3.04 , and the composition of the sample obtained in Example 3 was Cr 2 Se 3 . Although not shown in the table, the samples of Examples 2 and 4 to 7 are all binary compounds of Cr and Se, and have the general formula Cr 2 + p Se 3 + q (where p is −0.1 ≦ p <0 or 0 <p ≦ 0.2, and q satisfies −0.1 ≦ q ≦ 0.05).

以上から、本発明の方法を実施すれば、少なくとも、CrとSeとの二元系化合物を含有し、二元系化合物は、一般式Cr2+pSe3+q(ここで、pは−0.1≦p<0または0<p≦0.2を満たし、qは−0.1≦q≦0.05を満たす)で表され、三方晶系の結晶構造を有するCrSeで表される相を主成分とする材料が得られることが示された。 From the above, when the method of the present invention is carried out, at least a binary compound of Cr and Se is contained, and the binary compound has a general formula of Cr 2 + p Se 3 + q (where p is −0.1 ≦ p <0 or 0 <p ≦ 0.2, and q satisfies −0.1 ≦ q ≦ 0.05), and a phase represented by Cr 2 Se 3 having a trigonal crystal structure. It was shown that a material containing as a main component was obtained.

図5は、例1〜例7の試料の電気伝導率の温度依存性を示す図である。   FIG. 5 is a diagram showing the temperature dependence of the electrical conductivity of the samples of Examples 1 to 7.

図5によれば、いずれの試料も、測定温度域において、熱電材料として使用可能な電気伝導率を有し、温度依存性を有することが分かった。また、室温における電気伝導率に着目すれば、組成を制御することによって、電気伝導率を250(Ωcm)−1〜600(Ωcm)−1まで変化させることができる。熱電変換素子を構成する際に、使用温度域において求められる電気伝導率を有する材料を適宜選択すればよい。 According to FIG. 5, it was found that all the samples had an electrical conductivity usable as a thermoelectric material and had a temperature dependency in a measurement temperature range. Focusing on the electrical conductivity at room temperature, the electrical conductivity can be changed from 250 (Ωcm) −1 to 600 (Ωcm) −1 by controlling the composition. When configuring the thermoelectric conversion element, a material having an electric conductivity required in a use temperature range may be appropriately selected.

図6は、例1〜例7の試料のゼーベック係数の温度依存性を示す図である。   FIG. 6 is a diagram showing the temperature dependence of the Seebeck coefficient of the samples of Examples 1 to 7.

図6によれば、測定温度域(300K〜823K)において、例1〜例4の試料は、正のゼーベック係数を示し、p型伝導であり、例5〜例7の試料は、負のゼーベック係数を示し、n型伝導であることが確認された。   According to FIG. 6, in the measurement temperature range (300 K to 823 K), the samples of Examples 1 to 4 show a positive Seebeck coefficient and have p-type conductivity, and the samples of Examples 5 to 7 show the negative Seebeck coefficients. The coefficient was shown, and it was confirmed that it was n-type conduction.

すなわち、一般式Cr2+pSe3+q(ここで、pは−0.1≦p<0または0<p≦0.2を満たし、qは−0.1≦q≦0.05を満たす)で表され、三方晶系の結晶構造を有するCrSeで表される相であるCrとSeとの二元系化合物は、熱電材料であることが示された。詳細には、一般式Cr2+pSe3+q(ここで、pは−0.1≦p<0または0<p<0.05を満たす)で表され、三方晶系の結晶構造を有するCrSeで表される相を主相とする二元系化合物はp型熱電材料として機能し、一般式Cr2+pSe3+q(ここで、pは0.05≦p≦0.2を満たす)で表され、三方晶系の結晶構造を有するCrSeで表される相を主相とする二元系化合物はn型熱電材料として機能する。 That is, the general formula Cr 2 + p Se 3 + q (where p satisfies −0.1 ≦ p <0 or 0 <p ≦ 0.2, and q satisfies −0.1 ≦ q ≦ 0.05) Thus, it was shown that the binary compound of Cr and Se, which is a phase represented by Cr 2 Se 3 having a trigonal crystal structure, is a thermoelectric material. Specifically, Cr 2 Se having a trigonal crystal structure represented by a general formula Cr 2 + p Se 3 + q (where p satisfies −0.1 ≦ p <0 or 0 <p <0.05) The binary compound having the phase represented by 3 as a main phase functions as a p-type thermoelectric material, and is represented by a general formula Cr 2 + p Se 3 + q (where p satisfies 0.05 ≦ p ≦ 0.2). The binary compound having a main phase of a phase represented by Cr 2 Se 3 having a trigonal crystal structure functions as an n-type thermoelectric material.

驚くべきことに、例3の試料は、CrSe相そのものであるが、Crをわずかにリッチまたはわずかにプアにし、化学量論組成からずらす(例えば、例1、例2、例4)ことにより、室温〜50℃の温度範囲において、90μV/K〜160μV/Kの大きなゼーベック係数(絶対値)を示すp型熱電材料となることが分かった。また、ここで、Seに対するCrの原子比は、0.623以上0.707未満を満たした。 Surprisingly, the sample of Example 3 is the Cr 2 Se 3 phase itself, but makes Cr slightly rich or slightly poor and deviates from stoichiometric composition (eg, Example 1, Example 2, Example 4). Thus, it was found that a p-type thermoelectric material exhibiting a large Seebeck coefficient (absolute value) of 90 μV / K to 160 μV / K in a temperature range from room temperature to 50 ° C. Here, the atomic ratio of Cr to Se satisfies 0.623 or more and less than 0.707.

Crを化学量論組成からさらにリッチにすると(例えば、例5〜例7)、室温〜50℃の温度範囲において、100μV/K〜250μV/Kの大きなゼーベック係数(絶対値)を示すn型熱電材料となることが分かった。また、ここで、Seに対する前記Crの原子比は、0.672以上0.759以下を満たした。   When Cr is further made rich from the stoichiometric composition (for example, Examples 5 to 7), an n-type thermoelectric exhibiting a large Seebeck coefficient (absolute value) of 100 μV / K to 250 μV / K in a temperature range of room temperature to 50 ° C. It turned out to be a material. Here, the atomic ratio of the Cr to Se satisfies 0.672 or more and 0.759 or less.

図7は、例1〜例7の試料の電気出力因子の温度依存性を示す図である。   FIG. 7 is a diagram illustrating the temperature dependence of the electrical output factors of the samples of Examples 1 to 7.

図7によれば、組成を選択することによって、測定温度域において、高い電気出力因子を達成できることが分かった。例えば、例4の試料は、300K〜823Kの温度範囲において、高い電気出力因子を示し、とりわけ、600K以下の貧熱を回収するに好適といえ、民生利用の熱電発電素子を提供できる。   According to FIG. 7, it was found that by selecting the composition, a high electrical output factor could be achieved in the measurement temperature range. For example, the sample of Example 4 exhibits a high electric power factor in a temperature range of 300K to 823K, and is particularly suitable for collecting poor heat of 600K or less, and can provide a thermoelectric power generation element for consumer use.

図8は、例1〜例7の試料の熱伝導率の温度依存性を示す図である。   FIG. 8 is a diagram showing the temperature dependence of the thermal conductivity of the samples of Examples 1 to 7.

図8によれば、組成を選択しても、測定温度域において、熱伝導率の値はほぼ一定であることが分かった。このことから、本発明の熱電材料の熱伝導率は、組成に依存しないので、素子設計に有利である。   According to FIG. 8, it was found that even when the composition was selected, the value of the thermal conductivity was almost constant in the measurement temperature range. Thus, the thermal conductivity of the thermoelectric material of the present invention does not depend on the composition, which is advantageous for element design.

図9は、例1〜例7の試料の無次元性能指数ZTの温度依存性を示す図である。   FIG. 9 is a diagram showing the temperature dependence of the dimensionless figure of merit ZT of the samples of Examples 1 to 7.

図9によれば、組成を選択することによって、測定温度域において、高い無次元性能指数を達成できることが分かった。例えば、例4の試料は、500K〜600Kの範囲では、0.2を超える値となった。   According to FIG. 9, it was found that a high dimensionless figure of merit can be achieved in the measurement temperature range by selecting the composition. For example, the value of the sample of Example 4 exceeded 0.2 in the range of 500K to 600K.

以上の結果を簡単のため、表6にまとめる。   The above results are summarized in Table 6 for simplicity.

本発明の熱電材料は、少なくとも600Kまでの温度範囲において、組成を制御するだけで、n型およびp型の熱電特性を発揮し、高いパワーファクタを達成できるので、各種電気機器に用いられる発電装置に利用される。特に、薄膜化を行えば、IoT電源としてフレキシブル熱電発電素子を提供できる。   The thermoelectric material of the present invention exhibits n-type and p-type thermoelectric characteristics and can achieve a high power factor only by controlling the composition in a temperature range of at least up to 600 K. Used for In particular, if the thickness is reduced, a flexible thermoelectric generator can be provided as an IoT power supply.

300 発電熱電モジュール
310 n型熱電材料
320 p型熱電材料
330、340 電極
300 Thermoelectric module for power generation 310 n-type thermoelectric material 320 p-type thermoelectric material 330, 340 Electrode

Claims (20)

少なくとも、CrとSeとの二元系化合物を含有し、
前記二元系化合物は、一般式Cr2+pSe3+q(ここで、pは−0.1≦p<0または0<p≦0.2を満たし、qは−0.1≦q≦0.05を満たす)で表され、
前記二元系化合物は、三方晶系の結晶構造を有するCrSeで表される相である、熱電材料。
At least a binary compound of Cr and Se is contained,
The binary compound has a general formula of Cr 2 + p Se 3 + q (where p satisfies −0.1 ≦ p <0 or 0 <p ≦ 0.2, and q satisfies −0.1 ≦ q ≦ 0.05. Is satisfied)
The thermoelectric material, wherein the binary compound is a phase represented by Cr 2 Se 3 having a trigonal crystal structure.
前記二元系化合物において、前記Seに対する前記Crの原子比は、0.623以上0.759以下を満たす、請求項1に記載の熱電材料。   2. The thermoelectric material according to claim 1, wherein in the binary compound, an atomic ratio of the Cr to the Se satisfies 0.623 to 0.759. 前記結晶構造の空間群は、R3−である、請求項1または2に記載の熱電材料。   The thermoelectric material according to claim 1, wherein the space group of the crystal structure is R 3-3. 前記pは、−0.1≦p<0または0<p<0.05を満たし、室温から600K以下の温度範囲においてp型を示す、請求項1〜3のいずれかに記載の熱電材料。   4. The thermoelectric material according to claim 1, wherein p satisfies −0.1 ≦ p <0 or 0 <p <0.05, and indicates p-type in a temperature range from room temperature to 600 K or less. 5. 前記二元系化合物において、前記Seに対する前記Crの原子比は、0.623以上0.707未満を満たす、請求項4に記載の熱電材料。   The thermoelectric material according to claim 4, wherein in the binary compound, an atomic ratio of the Cr to the Se satisfies 0.623 or more and less than 0.707. 前記pは、−0.05≦p≦−0.02または0<p≦0.04を満たす、請求項4または5に記載の熱電材料。   The thermoelectric material according to claim 4, wherein the p satisfies −0.05 ≦ p ≦ −0.02 or 0 <p ≦ 0.04. 前記二元系化合物において、前記Seに対する前記Crの原子比は、0.639以上0.703以下を満たす、請求項6に記載の熱電材料。   The thermoelectric material according to claim 6, wherein in the binary compound, the atomic ratio of the Cr to the Se satisfies 0.639 or more and 0.703 or less. 前記pは、0.05≦p≦0.2を満たし、室温から600K以下の温度範囲においてn型を示す、請求項1〜3のいずれかに記載の熱電材料。   4. The thermoelectric material according to claim 1, wherein p satisfies 0.05 ≦ p ≦ 0.2 and shows n-type in a temperature range from room temperature to 600 K or less. 5. 前記二元系化合物において、前記Seに対する前記Crの原子比は、0.672以上0.759以下を満たす、請求項8に記載の熱電材料。   The thermoelectric material according to claim 8, wherein in the binary compound, an atomic ratio of the Cr to the Se satisfies 0.672 or more and 0.759 or less. 前記pは、0.06≦p≦0.15を満たす、請求項8または9に記載の熱電材料。   The thermoelectric material according to claim 8, wherein p satisfies 0.06 ≦ p ≦ 0.15. 前記二元系化合物において、前記Seに対する前記Crの原子比は、0.675以上0.741以下を満たす、請求項10に記載の熱電材料。   The thermoelectric material according to claim 10, wherein the atomic ratio of the Cr to Se in the binary compound satisfies 0.675 or more and 0.741 or less. 前記二元系化合物は、前記CrSeで表される相を70重量%以上含有する、請求項1〜11のいずれかに記載の熱電材料。 The binary compound contains the Cr 2 Se 3 in phases 70 wt% or more homology, thermoelectric material according to any one of claims 1 to 11. 前記二元系化合物は、前記Ceおよび前記Se以外の異種元素を含有しない、請求項1〜12のいずれかに記載の熱電材料。   The thermoelectric material according to any one of claims 1 to 12, wherein the binary compound does not contain a different element other than the Ce and the Se. 熱電材料を製造する方法であって、
Crを含有する原料およびSeを含有する原料を、一般式Cr2+xSe(ここで、xは−0.1≦x<0または0<x≦0.2を満たす)を満たすように混合するステップと、
前記混合するステップで得られた混合物を焼成するステップと
を包含する、方法。
A method for producing a thermoelectric material, comprising:
A raw material containing Cr and a raw material containing Se are mixed so as to satisfy the general formula Cr 2 + x Se 3 (where x satisfies −0.1 ≦ x <0 or 0 <x ≦ 0.2). Steps and
Calcining the mixture obtained in the mixing step.
前記混合するステップは、前記Crを含有する原料および前記Seを含有する原料を、前記Seに対する前記Crの原子比が、0.633以上0.733以下を満たすように混合する、請求項14に記載の方法。   The mixing step, wherein the Cr-containing raw material and the Se-containing raw material are mixed such that the atomic ratio of the Cr to Se satisfies 0.633 or more and 0.733 or less. The described method. 前記焼成するステップは、前記混合物を、不活性雰囲気または真空中、1073K以上1773K以下の温度範囲で焼成する、請求項14または15に記載の方法。   The method according to claim 14 or 15, wherein the firing step includes firing the mixture in a temperature range from 1073K to 1773K in an inert atmosphere or vacuum. 前記混合するステップに続いて、前記混合物を成形するステップをさらに包含する、請求項14〜16のいずれかに記載の方法。   17. The method of any of claims 14 to 16, further comprising, following the mixing step, shaping the mixture. 前記焼成するステップに続いて、前記焼成するステップで得られた焼成体を急冷するステップをさらに包含する、請求項14〜17のいずれかに記載の方法。   The method according to any one of claims 14 to 17, further comprising, after the firing step, rapidly cooling the fired body obtained in the firing step. 交互に直列に接続されたp型熱電材料およびn型熱電材料を備える熱電発電素子であって、
前記p型熱電材料およびn型熱電材料の少なくとも一方は、請求項1〜13のいずれかに記載の熱電材料である、熱電発電素子。
A thermoelectric generator comprising a p-type thermoelectric material and an n-type thermoelectric material alternately connected in series,
A thermoelectric power generation element, wherein at least one of the p-type thermoelectric material and the n-type thermoelectric material is the thermoelectric material according to claim 1.
前記p型熱電材料は、請求項4〜7のいずれかに記載の熱電材料であり、
前記n型熱電材料は、請求項8〜11のいずれかに記載の熱電材料である、請求項19に記載の熱電発電素子。
The p-type thermoelectric material is the thermoelectric material according to any one of claims 4 to 7,
The thermoelectric generator according to claim 19, wherein the n-type thermoelectric material is the thermoelectric material according to any one of claims 8 to 11.
JP2018188779A 2018-10-04 2018-10-04 THERMOELECTRIC MATERIAL, MANUFACTURING METHOD THEREOF AND THERMOELECTRIC GENERATION ELEMENT USING THE SAME Active JP7209957B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018188779A JP7209957B2 (en) 2018-10-04 2018-10-04 THERMOELECTRIC MATERIAL, MANUFACTURING METHOD THEREOF AND THERMOELECTRIC GENERATION ELEMENT USING THE SAME

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018188779A JP7209957B2 (en) 2018-10-04 2018-10-04 THERMOELECTRIC MATERIAL, MANUFACTURING METHOD THEREOF AND THERMOELECTRIC GENERATION ELEMENT USING THE SAME

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020057727A true JP2020057727A (en) 2020-04-09
JP7209957B2 JP7209957B2 (en) 2023-01-23

Family

ID=70107682

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018188779A Active JP7209957B2 (en) 2018-10-04 2018-10-04 THERMOELECTRIC MATERIAL, MANUFACTURING METHOD THEREOF AND THERMOELECTRIC GENERATION ELEMENT USING THE SAME

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7209957B2 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012033116A1 (en) * 2010-09-09 2012-03-15 国立大学法人名古屋工業大学 Thermoelectric conversion material

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012033116A1 (en) * 2010-09-09 2012-03-15 国立大学法人名古屋工業大学 Thermoelectric conversion material

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
TINGTING ZHANG, ET AL.: "Enhanced Thermoelectric Properties of Codopoed Cr2Se3: The Distinct Roles of Transition Metals and S", ACS APPL. MATER. INTERFACES, vol. 2018,10, JPN7022003613, 15 June 2018 (2018-06-15), US, pages 22389 - 22400, ISSN: 0004839352 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP7209957B2 (en) 2023-01-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6401436B2 (en) Thermoelectric material having strained electronic density of state, manufacturing method thereof, thermoelectric module and thermoelectric device including the same
JP2013145895A (en) New thermoelectric material, manufacturing method thereof, and thermoelectric component using the same
KR20100009455A (en) Thermoelectric materials and chalcogenide compounds
JP6608961B2 (en) P-type skutterudite thermoelectric material, method for producing the same, and thermoelectric element including the same
US10038132B2 (en) Thermoelectric materials and their manufacturing method
KR101673315B1 (en) Thermoelectric materials and their manufacturing method
KR20140065721A (en) Thermoelectric material, thermoelectric device and apparatus comprising same, and preparation method thereof
KR101688529B1 (en) Thermoelectric materials, and thermoelectric module and thermoelectric apparatus comprising same
JP6635581B2 (en) Skutterudite thermoelectric semiconductor doped with silicon and tellurium, method for producing the same, and thermoelectric power generation element using the same
KR102443775B1 (en) Thermoelectric materials
JP2012174849A (en) Thermoelectric material
JP6865951B2 (en) P-type thermoelectric semiconductor, its manufacturing method and thermoelectric power generation element using it
US20160172567A1 (en) Method for manufacturing thermoelectric materials
JP6588194B2 (en) Thermoelectric materials and thermoelectric modules
KR101629509B1 (en) Thermoelectric materials and their manufacturing method
JP7209957B2 (en) THERMOELECTRIC MATERIAL, MANUFACTURING METHOD THEREOF AND THERMOELECTRIC GENERATION ELEMENT USING THE SAME
JP6426824B2 (en) Material for thermoelectric device and method of manufacturing material for thermoelectric device
KR101322779B1 (en) Bismuth doped Magnesium Silicide composition for thermoelectric material and the manufacturing method of the same
KR20150044808A (en) Thermoelectric materials and their manufacturing method
JP2009040649A (en) Clathrate compound and thermoelectric conversion element using the same
JP6799341B2 (en) Thermoelectric materials, their manufacturing methods and thermoelectric power generation modules using them
JP6877814B2 (en) Thermoelectric materials and thermoelectric elements containing them
KR101442018B1 (en) Alkaline or alkaline earth metal doped indium selenide compound and thermoelectric materials manufactured by compounding the same
KR102151240B1 (en) Thermoelectric materials, and thermoelectric module and thermoelectric apparatus comprising the same
JP2011187688A (en) Thermoelectric conversion material

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210715

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220729

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220802

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220901

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: 20221227

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20221227

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7209957

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150