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熱電変換セラミックスの作製法 コモンズ

国内特許コード P160013045
整理番号 DP1627
掲載日 2016年6月9日
出願番号 特願2014-103882
公開番号 特開2015-220378
出願日 平成26年5月20日(2014.5.20)
公開日 平成27年12月7日(2015.12.7)
発明者
  • 廣田 健
  • 加藤 将樹
  • 嶋田 哲也
出願人
  • 学校法人同志社
発明の名称 熱電変換セラミックスの作製法 コモンズ
発明の概要 【課題】優れた熱電特性を有する熱電変換セラミックスの作製法を提供する。
【解決手段】酸化チタン粉末を準備する工程と、前記酸化チタン粉末に対して内割りで2~5 vol%のカーボンナノファイバー(CNF)又は、前記酸化チタン粉末に対して内割りで2~4 mol%の窒化チタン粉末と2~4 vol%のCNFを準備し、当該CNFを水またはアルコールまたはそれらの混合液中にて分散処理した後、得られた分散液に前記酸化チタン粉末又は、酸化チタン粉末と窒化チタン粉末の混合物を添加して、さらに分散処理し、乾燥を行なって混合粉を得る工程と、前記混合粉を用いて成形を行い、所望の形状を有した成形体を得、得られた成形体を冷間静水圧プレス処理した後、パルス通電加圧焼結して酸化チタン/CNF系コンポジット又は、酸化チタン/窒化チタン/CNF系コンポジットを得る工程を含む。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


低炭素社会の実現と省エネルギーを目的に、廃熱から高効率に発電するために熱電特性に優れたn型熱電変換材料の研究が行われてきた。地球環境に対して低負荷の酸化物熱電変換材料の特性は低く、例えば無次元性能指数ZTは0.1程度と極端に低い。
下記の非特許文献1には、ルチル型酸化チタンTiO2(r-TiO2)とTiNの混合物をパルス通電加圧焼結(PECPS)してTiO2とTiNのハイブリッドを作製することが開示されているが、このTiO2とTiNのハイブリッドの場合であっても良好なZTの値は得られていない。



熱電変換セラミックスの性能は、式:ZT=(S2e)T/κ〔Z:性能指数(K-1)、S:ゼーベック係数(V・K-1)、σe:電気伝導率(S・m-1)、T:温度(K)、κ:熱伝導率(W・m-1・K-1)〕で定義される無次元性能指数により評価され、この無次元性能指数ZTを大きくするには、高いSとσeを有し、かつ、低いκを有する材料を合成する必要がある。
しかし、一般にはSとσeはトレードオフの関係があり、両方同時に向上させることはできないと思われていた。

産業上の利用分野


本発明は、優れた熱電特性を有する熱電変換セラミックスの作製法を提供する。

特許請求の範囲 【請求項1】
酸化チタン粉末を準備する工程と、
前記酸化チタン粉末に対して内割りで2~5 vol%のカーボンナノファイバーを準備し、当該カーボンナノファイバーを水またはアルコールまたはそれらの混合液中にて分散処理した後、得られた分散液に前記酸化チタン粉末を添加して、さらに分散処理し、乾燥を行なって混合粉を得る工程と、
前記混合粉を用いて成形を行い、所望の形状を有した成形体を得、得られた成形体を冷間静水圧プレス処理した後、パルス通電加圧焼結して酸化チタン/カーボンナノファイバー系コンポジットを得る工程
を含むことを特徴とする熱電変換セラミックスの作製法。

【請求項2】
酸化チタン粉末を準備する工程と、
前記酸化チタン粉末に対して内割りで2~4 mol%の窒化チタンと2~4 vol%のカーボンナノファイバーを準備し、当該カーボンナノファイバーを水またはアルコールまたはそれらの混合液中にて分散処理した後、得られた分散液に前記酸化チタン粉末及び窒化チタン粉末を添加して、さらに分散処理し、乾燥を行なって混合粉を得る工程と、
前記混合粉を用いて成形を行い、所望の形状を有した成形体を得、得られた成形体を冷間静水圧プレス処理した後、パルス通電加圧焼結して酸化チタン/窒化チタン/カーボンナノファイバー系コンポジットを得る工程
を含むことを特徴とする熱電変換セラミックスの作製法。

【請求項3】
前記のパルス通電加圧焼結が、10 Pa以下の真空中で、10~100 MPaの加圧力、900~1100℃の焼結温度、および5~20分の保持時間の条件にて行なわれることを特徴とする請求項1又は2に記載の熱電変換セラミックスの作製法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2014103882thum.jpg
出願権利状態 公開
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