JP7121964B2 - 熱電材料および熱電材料の製造方法 - Google Patents
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Description
図1乃至図6は、本発明の実施の形態の熱電材料を示している。
本発明の実施の形態の熱電材料は、本発明の実施の形態の熱電材料の製造方法により製造され、(Mn1-xMx)Siγ (ここで、MはV,Mo,Nb,Ta,W,Fe,およびCoのうちの1種または2種以上の元素、0.012≦x≦0.105、1.7≦γ≦1.8)を含んでいる。
本発明の実施の形態の熱電材料の製造方法によれば、MnとSiとMとを有する溶解した原料を、13K/hour以下の冷却速度で徐冷して凝固させ、Mn元素の一部を、原子半径がMnよりも少し大きいVやMo,Nb,Ta,W,Fe,Coで置換することにより、MnSiの層状析出を抑制することができる。このため、その層状析出による性能指数Zの低下を抑制し、熱電特性を向上させることができる。
melt grownの冷却時間が100時間(冷却速度:1K/hour)の試料について、xの値を0~0.060の範囲で変えて、X線回折法を用いて結晶構造解析を行った。X線回折(XRD)では、ブルカー エイエックスエス(Bruker AXS)株式会社製「D8 ADVANCE」により、CuKα線を用いて測定を行った。得られたXRDパターンを、図1に示す。
melt grownの冷却時間が100時間(冷却速度:1K/hour)で、x=0およびx=0.020の試料について、走査型電子顕微鏡(SEM)での観察、およびエネルギー分散型X線分析(EDS)を行った。また、melt grownの冷却時間が8時間(冷却速度:12.5K/hour)で、x=0.020の試料について、SEM観察を行った。SEM観察およびEDSの測定には、日立ハイテクノロジーズ株式会社製の走査電子顕微鏡「SU-8100」を用いた。得られた各試料のSEM写真および各EDSマップを、図3および図4に示す。
melt grownの冷却時間が100時間(冷却速度:1K/hour)の試料およびSPSの試料で、x=0およびx=0.020のものについて、ゼーベック係数、電気伝導度および熱伝導度について測定を行った。ゼーベック係数および電気伝導度の測定には、アドバンス理工株式会社製の熱電特性評価装置「ZEM-3」を用いた。また、熱伝導度の測定には、アドバンス理工株式会社製のレーザフラッシュ法熱定数測定装置「TC-7000H」を用いた。また、これらの各熱電特性の測定では、SPSの試料については、SPSによる圧縮方向、melt grownの試料については、対応するSPSの試料の圧縮方向と同じ方向に沿って測定を行った。
Claims (7)
- (Mn1-xMx)Siγ (ここで、MはVから成る元素、0.015≦x≦0.040、1.7≦γ≦1.8)から成り、800K~900Kにおける無次元性能指数ZT(ここで、Zは性能指数、Tは絶対温度である)が0.55以上、300K~1000Kにおける無次元性能指数ZTが0.15以上であることを特徴とする熱電材料。
- (Mn1-xMx)Siγ (ここでMは、VおよびFeから成り、MxはVx1Fex2であり、x1+x2=x、x1=0.03、0<x2≦0.04、1.7≦γ≦1.8)から成り、800K~900Kにおける無次元性能指数ZT(ここで、Zは性能指数、Tは絶対温度である)が0.55以上、300K~1000Kにおける無次元性能指数ZTが0.15以上であることを特徴とする熱電材料。
- 700K~900Kにおける出力因子S2σ(ここで、Sはゼーベック係数、σは電気伝導度である)が1.8mW/K2m以上、300K~1000Kにおける出力因子S2σが1.2mW/K2m以上であることを特徴とする請求項1または2記載の熱電材料。
- 700K~900Kにおける出力因子S2σが2.2mW/K2m以上、300K~1000Kにおける出力因子S2σが1.4mW/K2m以上であることを特徴とする請求項1または2記載の熱電材料。
- (Mn 1-x M x )Si γ (ここで、MはCoから成る元素、x=0.03、1.7≦γ≦1.8)から成り、550K~850Kにおける出力因子S 2 σが2.2mW/K 2 m以上、300K~1000Kにおける出力因子S 2 σが1.5mW/K 2 m以上であることを特徴とする熱電材料。
- 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の熱電材料の製造方法であって、
前記熱電材料の組成となるよう配合されたMnとSiとMとを含む原料を均一に溶解する溶解工程と、
溶解した前記原料を、13K/hour以下の冷却速度で凝固させる凝固工程とを、
有することを特徴とする熱電材料の製造方法。 - 前記冷却速度は、1.5K/hour以下であることを特徴とする請求項6記載の熱電材料の製造方法。
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