JPWO2005083808A1 - 熱電変換デバイス、およびこれを用いた冷却方法および発電方法 - Google Patents
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Abstract
Description
特開2000−269560号公報
特開2003−95741号公報
特開2002−321922号公報
特開2002−26407号公報
特開2002−111077号公報
特開2003−34583号公報
特開2003−133600号公報
特開2002−270907号公報
特開平11−330569号公報(段落番号0002)
国際公開第03/085748号パンフレット
特開2002−316898号公報
特開2002−141562号公報
図1に示した熱電変換デバイスは、板状の基体11と、基体11上の熱電変換膜12と、熱電変換膜12に接して基体11の左右に配置された一対の電極13a,13bと、を備えている。
特開2000−269560号公報
特開2003−95741号公報
特開2002−321922号公報
特開2002−26407号公報
特開2002−111077号公報
特開2003−34583号公報
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特開2002−270907号公報
特開平11−330569号公報(段落番号0002)
国際公開第03/085748号パンフレット
特開2002−316898号公報
特開2002−141562号公報
図1に示した熱電変換デバイスは、板状の基体11と、基体11上の熱電変換膜12と、熱電変換膜12に接して基体11の左右に配置された一対の電極13a,13bと、を備えている。
10mm角、厚さ100μmのサファイアAl2O3のA面基板上に、層状酸化物Na0.4CoO2を成膜した。成膜方法は、直径4インチのNa0.5CoO2焼結体ターゲットを用いたRFマグネトロンスパッタリングとした。
CaO2、Co3O4の粉体の焼結体からなる4インチの原料ターゲットを用い、実施例1と同様のスパッタリング条件で10mm角、100μm厚のサファイアM面基板に膜厚1000nmの薄膜を成長させた。
実施例1から得た熱電変換デバイスを複数用いて、より大きな実効面積を有するデバイスを作製した。具体的には、図12Aに示したように、電極13a,13bの間の長さが30mm、幅が5mm、厚さ2mmである1000本の熱電変換素子82と、700mm角のアルミナからなる吸熱板121aおよび放熱板121bとを準備した。
本実施例では、Bi2-X2PbX2Sr2Co2OY2 (X2=0.4等、Y2=7.5〜8.5)の組成式で記載される層状酸化物の単結晶およびエピタキシャル成長膜の例を取り上げ、この物質の熱電変換特性について記載する。
本実施例では、基体上にエピタキシャル成長させたCa3Co4O9の熱電性能について記載する。
Claims (24)
- 基体と、前記基体上に配置された熱電変換膜と、一対の電極とを具備する熱電変換デバイスであって、
前記熱電変換膜は、エピタキシャル成長により得られ、かつ電気伝導層と電気絶縁層とが交互に配置されて形成されている結晶性薄膜であり、
前記電気伝導層は、遷移金属原子Mが中心に位置すると共に酸素原子が頂点に位置する八面体結晶構造を有し、
前記電気絶縁層は、金属元素または結晶性金属酸化物からなり、
前記電気伝導層および前記電気絶縁層から形成されている前記結晶性薄膜のc軸は、前記基体の面内方向と平行であり、
前記一対の電極は、前記c軸に沿って電流が流れるように配置されている、熱電変換デバイス。 - 前記遷移金属原子Mが、CoおよびMnから選ばれる少なくとも1種である請求項1に記載の熱電変換デバイス。
- 前記電気伝導層が、前記遷移金属原子MとしてCoを含有し、かつ互いに稜を共有するCoO2八面体結晶構造を有する請求項2に記載の熱電変換デバイス。
- 前記電気絶縁層が、金属元素からなる請求項1に記載の熱電変換デバイス。
- 前記金属元素が、アルカリ金属、アルカリ土類金属、Hg、Tl、PbおよびBiから選ばれる少なくとも1種である請求項4に記載の熱電変換デバイス。
- 前記電気絶縁層が、1〜3モノレイヤーからなる請求項4に記載の熱電変換デバイス。
- 前記電気絶縁層が、結晶性金属酸化物からなる請求項1に記載の熱電変換デバイス。
- 前記電気絶縁層が、1〜4モノレイヤーからなる請求項7に記載の熱電変換デバイス。
- 前記電気絶縁層が、岩塩型構造を有する請求項7に記載の熱電変換デバイス。
- 前記電気絶縁層が、Sr2(Bi2−X4PbX4)2O4、Ca2(Co1−X5CuX5)2O4、(Ca,Bi)2CoO3、またはSr2TiO3により示される組成を有する請求項7に記載の熱電変換デバイス。
ただし、0≦X4≦1、0≦X5≦1である。 - 前記熱電変換膜が、式AX1MOY1により示される組成を有する請求項1に記載の熱電変換デバイス。
ただし、Aは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、Hg、Tl、PbおよびBiから選ばれる少なくとも1種の元素であり、Mは、遷移金属元素から選ばれる少なくとも1種であり、X1は0.1以上0.8以下の数値、Y1は1.5以上2.5以下の数値である。 - 前記Mが、Co、Ni、Ti、Mn、FeおよびRhから選ばれる少なくとも1種である請求項11に記載の熱電変換デバイス。
- 前記Mが、CoおよびMnから選ばれる少なくとも1種である請求項12に記載の熱電変換デバイス。
- 前記熱電変換膜が、式Bi2−X2PbX2Sr2Co2OY2により示される組成を有する請求項1に記載の熱電変換デバイス。
ただし、X2は0以上0.5以下の数値であり、Y2は7.5以上8.5以下の数値である。 - 前記熱電変換膜が、式(Ca1−X3−Y3SrX3BiY3)3CO4O9により示される組成を有する請求項1に記載の熱電変換デバイス。
ただし、X3は0以上1未満の数値であり、Y3は0以上0.3以下の数値である。 - 前記電気伝導層が、CoおよびMnから選ばれる少なくとも1種を含み、かつペロブスカイト型構造またはCdI2型構造を有し、
前記電気絶縁層が、アルカリ金属、アルカリ土類金属、Hg、Tl、PbおよびBiから選ばれる少なくとも1種の元素を含み、かつ岩塩型構造を有する、請求項1に記載の熱電変換デバイス。 - 前記c軸方向について、前記一対の電極が1mm以上離間して配置されている請求項1に記載の熱電変換デバイス。
- 前記一対の電極の間に狭持された領域の一部において、基体の厚みが減少している請求項1に記載の熱電変換デバイス。
- 前記基体と前記熱電変換膜との間に配置された緩衝層をさらに含む請求項1に記載の熱電変換デバイス。
- 前記緩衝層が、CeO2、ZrO2、TiO2、ZnO、NiO、Fe2O3、Cr2O3、Al2O3、Cr2O3、CrおよびPtから選ばれる少なくとも1種を含む請求項19に記載の熱電変換デバイス。
- 前記基体の材料が樹脂である請求項1に記載の熱電変換デバイス。
- 基体と、前記基体上に配置された熱電変換膜と、一対の電極とを具備する熱電変換デバイスを用い、
前記一対の電極の間に電流を流すことにより、前記一対の電極の間に温度差を生じさせ、前記一対の電極のいずれか一方を低温部とする冷却方法であって、
前記熱電変換膜は、エピタキシャル成長により得られ、かつ電気伝導層と電気絶縁層とが交互に配置されて形成されている結晶性薄膜であり、
前記電気伝導層は、遷移金属原子Mが中心に位置すると共に酸素原子が頂点に位置する八面体結晶構造を有し、
前記電気絶縁層は、金属元素または結晶性金属酸化物からなり、
前記電気伝導層および前記電気絶縁層からなる結晶性薄膜のc軸は、前記基体の面内方向と平行であり、
前記一対の電極は、前記c軸に沿って電流が流れるように配置されている、冷却方法。 - 前記一対の電極の間にパルス電流を流す請求項22に記載の冷却方法。
- 基体と、前記基体上に配置された熱電変換膜と、一対の電極とを具備する熱電変換デバイスを用い、
前記一対の電極の間に温度差が生じるように熱を与えることにより、前記一対の電極の間に電位差を生じさせる発電方法であって、
前記熱電変換膜は、エピタキシャル成長により得られ、かつ電気伝導層と電気絶縁層とが交互に配置されて形成されている結晶性薄膜であり、
前記電気伝導層は、遷移金属原子Mが中心に位置すると共に酸素原子が頂点に位置する八面体結晶構造を有し、
前記電気絶縁層は、金属元素または結晶性金属酸化物からなり、
前記電気伝導層および前記電気絶縁層からなる結晶性薄膜のc軸は、前記基体の面内方向と平行であり、
前記一対の電極は、前記c軸に沿って電流が流れるように配置されている、発電方法。
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