JP5273685B2 - 炭素、窒素をドープしてなる希土類多ホウ化物系高温耐酸性n型熱電材料を使用したn型熱電変換素子 - Google Patents
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Description
希土類元素に対するホウ素の比が22+X(−6<X<6)で、希土類元素に対する炭素の比が4+Y(−3<Y<3)で、希土類元素に対する窒素の比が1+Z(−1<Y<1)となるように、既知の希土類ホウ化物(REB2、REB4、REB6、REB12等)にホウ素と炭素と窒化ホウ素を混合し、その混合物を真空下または不活性ガス下で1500℃以上1900℃以下で固相反応する。なお、固相反応はホットプレス下の加圧下W気圧(0<W<40000)で行うこともありえる。
2段階の反応を行う。希土類元素に対するホウ素の比がV(4<V<15)となるように、希土類酸化物(RE2O3)にホウ素を混合し、その混合物を真空下で1200℃以上2200℃以下で固相反応する。酸素がホウ素によって還元されて得られたREBV−3/2を用いて、希土類元素に対するホウ素の比が26+X(−10<X<10)で、希土類元素に対する炭素の比が4+Y(−3<Y<3)で、希土類元素に対する窒素の比が1+Z(−1<Y<1)となるように、REBV−3にホウ素と炭素と窒化ホウ素を混合し、その混合物を真空下で1500℃以上1900℃以下で固相反応する。なお、固相反応はホットプレス下の加圧下W気圧(0<W<40000)で行うこともありえる。
まず、Ho2O3粉末とB粉末とを、Hoに対するBの比が8となる割合(重量)で混合し、これを加圧成形し、真空中、1500℃で4時間反応焼結した。得られた焼結体(酸素がホウ素により還元されてHoB5の組成の燒結体である)を粉砕して、Hoに対するBの比が29で、Hoに対するCの比が4になるようにBとCを添加して混合し、これを加圧成形したものを真空中、1700℃で10時間加熱した。得られた生成物を化学分析した結果、[B]/[Ho]=22、[C]/[Ho]=2、[N]/[Ho]=1となり、HoB22+XC4+YN1+Z(X=0、Y=−2、Z=0)のほぼ所望の組成と近似するホルミウム多ホウ化物が得られたことが確認された。そして、これを粉末X線回折によって結晶を同定した結果、格子定数a=5.62Å、c=44.68Åの三斜晶系に属することが指数付けされた。
既知の希土類ホウ化物REB6に、希土類元素に対するホウ素の比が22+X(−6<X<6)かつ窒素の比が1+Z(−1<Z<1)となるようにホウ素粉末のアモルファスホウ素と窒化ホウ素を混合し、希土類元素に対する炭素の比が4+Y(−3<Y<3)となるように炭素とを混合し、その混合物を不活性ガス下で1600℃で10時間固相反応した。得られた焼結体について高温に至るまで熱電特性について測定を行った。その結果、一般式REB22+XC4+YN1+Z(−6<X<6、−3<Y<3、−1<Z<1)で示されてなる化合物は、n型特性を示し、1000K以上においても絶対値58μV/K以上の高いゼ−ベック係数を示し、高温に行くほど上昇して行くことが観測されたので高温900K以上で使用するn型の熱電材料としての応用が可能になった。
Claims (1)
- 一般式がREB22+XC4+YN1+Z で示され、前記一般式中のREは、Sc、Y、Ho、Er、Tm、Luからなる群から選ばれる少なくとも1種の希土類元素であるとともに、三斜晶系または菱面体系であるn型熱電変換材料を使用したn型熱電変換素子において、
前記一般式中のX、Y、及びZの範囲が−6<X<6、−3<Y<3、及び−1<Z<1で表され、900K以上でn型のゼーベック係数、低熱伝導率を示すことを特徴とする、炭素、窒素をドープしてなる希土類多ホウ化物系n型熱電変換材料を使用したn型熱電変換素子。
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