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熱電材料及び熱電材料の製造方法 コモンズ

国内特許コード P140010764
整理番号 P2012-274134
掲載日 2014年7月16日
出願番号 特願2012-274134
公開番号 特開2014-120588
出願日 平成24年12月14日(2012.12.14)
公開日 平成26年6月30日(2014.6.30)
発明者
  • 川上 博司
  • 齋藤 美和
出願人
  • 学校法人神奈川大学
発明の名称 熱電材料及び熱電材料の製造方法 コモンズ
発明の概要 【課題】 高い出力因子が得られる熱電材料及び熱電材料の製造方法を提供する。
【解決手段】 ACo3-x(但し、Aは、Ni、Zn、Ag、Fe、Mn、Cu、Ca、Ti、V、Crからなる群から選択されたいずれかの元素であり、xは、0<x≦0.7である。)で表され、p型の電気伝導性を示す、スピネル型構造を有する酸化物を用いた熱電材料により課題を解決し、この熱電材料を構成する金属イオンを所定の配合比で混合した原料に焼成処理を行い、岩塩型構造の焼結体とした後、示差熱分析で得られた岩塩型構造からスピネル型構造への相転移温度を基準とし、該相転移温度-300K~該相転移温度+100Kでアニール処理を行い、スピネル型構造を有する酸化物とする熱電材料の製造方法により課題を解決した。
【選択図】 図3
従来技術、競合技術の概要



クリーンエネルギーの開発が急がれる中、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換技術が注目されている。





このような熱電変換システムに用いられる熱電素子としては、例えば、Bi-Te系(常温から500Kまで)、Pb-Te系(常温から800Kまで)、Si-Ge系(常温から1000Kまで)、スクッテルダイト化合物(Zn-Sb系、Co-Sb系、Fe-Sb系等)などの化合物半導体が挙げられる。





Bi-Te系とPb-Te系は、Te、Pbの毒性が非常に高いため、環境負荷が高いという点で代替素材の開発が求められている。





Si-Ge系は、Geが高価格であるため、作製コストが増加し、高温での生成が必要になるため、量産性の点で劣るだけでなく、高温で酸化するため、熱電特性が変化してしまい、熱電特性の安定性に欠ける。





スクッテルダイト化合物は、母体となる材料がp型であるため、p型とn型で熱電性の温度依存性が異なるだけでなく、Sbが結晶の構成元素に含まれるため、環境負荷が高い上、高温でのSbの蒸発により、熱電特性が変化してしまうため、高温での性能の安定性に欠ける。





環境負荷が低い熱電材料としては、β-FeSi系材料が挙げられる。





ところが、β-FeSi系材料の含まれる元素の組成、特に、FeとSiの組成の変化により、熱電性能の高いβ-FeSi以外に、熱電性能が低く、金属的性質を示す、α-FeSiやε-FeSiが生成される場合があるため、熱電性に大きな影響が現れ、結果として熱電性能が低下する場合があり、熱電特性の安定性に欠ける。





このような状況下において、例えば、特許文献1には、耐熱性及び熱電特性の安定性に優れ、かつ量産性及び簡便性にも優れた熱電材料として、組成がCoFe3-x(式中、xは1<x≦3)であり、p型の電気伝導性を示す、スピネル型構造を有する酸化物からなる熱電材料が開示されている。

産業上の利用分野



本発明は、スピネル型構造を有する酸化物を用い、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電材料及び熱電材料の製造方法に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
スピネル型構造を有する酸化物を用いた熱電材料であって、
前記スピネル型構造を有する酸化物は、組成がACo3-x(但し、Aは、Ni、Zn、Ag、Fe、Mn、Cu、Ca、Ti、V、Crからなる群から選択されたいずれかの元素であり、xは、0<x≦0.7である。)で表され、p型の電気伝導性を示すことを特徴とする熱電材料。
【請求項2】
前記組成におけるAは、Ni、Zn、Ag、Fe、Mn、Cu、Caからなる群から選択されたいずれかの元素であることを特徴とする請求項1に記載の熱電材料。
【請求項3】
前記組成におけるAは、Ni、Zn、Agからなる群から選択されたいずれかの元素であることを特徴とする請求項1に記載の熱電材料。
【請求項4】
前記組成におけるxは、0<x≦0.3であることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の熱電材料。
【請求項5】
組成がACo3-x(但し、Aは、Ni、Zn、Ag、Fe、Mn、Cu、Ca、Ti、V、Crからなる群から選択されたいずれかの元素であり、xは、0<x≦0.7である。)で表され、p型の電気伝導性を示す、スピネル型構造を有する酸化物を用いた熱電材料の製造方法であって、
前記熱電材料を構成する金属イオンを所定の配合比で混合した原料に焼成処理を行い、岩塩型構造の焼結体とした後、示差熱分析で得られた岩塩型構造からスピネル型構造への相転移温度を基準とし、該相転移温度-300K~該相転移温度+100Kでアニール処理を行い、スピネル型構造を有する酸化物とすることを特徴とする熱電材料の製造方法。
【請求項6】
前記組成におけるAは、Ni、Zn、Ag、Fe、Mn、Cu、Caからなる群から選択されたいずれかの元素であることを特徴とする請求項5に記載の熱電材料の製造方法。
【請求項7】
前記組成におけるAは、Ni、Zn、Agからなる群から選択されたいずれかの元素であることを特徴とする請求項5に記載の熱電材料の製造方法。
【請求項8】
前記組成におけるxは、0<x≦0.3であることを特徴とする請求項5~7のいずれか1項に記載の熱電材料の製造方法。
国際特許分類(IPC)
画像

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出願権利状態 公開
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