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アルミニウム含有酸化亜鉛系n型熱電変換材料

シーズコード S120008626
掲載日 2012年2月6日
研究者
  • 大瀧 倫卓
  • 荒木 和彦
技術名称 アルミニウム含有酸化亜鉛系n型熱電変換材料
技術概要 熱電変換材料の性能は、性能指数Zないし無次元性能指数ZT(但し、Z=S×σ/κ、Sはゼーベック係数、σは導電率、κは熱伝導率、Tは絶対温度)で表される。したがって、熱電性能を高めるためには、大きい導電率σを保持したまま熱伝導率κを小さくすることが重要となる。これに対し、本発明者は、酸化亜鉛にアルミニウムとガリウムを同時ドープすることにより、大きい導電率σを保持したまま熱伝導率κを大幅に小さくでき、熱電性能が大幅に向上することを見出した。同時ドープによりZnを置換するAlの固溶量が増加し、またAlとGaの複合酸化物の微細組織が形成され、熱伝導率が大幅に小さくなるため熱電性能が大幅に向上すると推測される。本発明は、この知見によるものであり、ZnOにAlとGaを同時ドープすることにより、大きい導電率σを保持したまま熱伝導率κを大幅に小さくできるn型熱電変換材料である。一般組成式:Zn1-x-yAlGaO(ただし、0.01≦x≦0.04、0.01≦y≦0.03、0.9≦x/y≦2.0)で示されるアルミニウム含有酸化亜鉛からなることを特徴とする。
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研究分野
  • 熱電デバイス
  • 固体デバイス材料
展開可能なシーズ 酸化物熱電変換材料は、耐熱性や機械的強度に優れ、安全、安価なため、600~1000℃程度の高温まで利用できる環境適合性に優れた熱電変換材料として期待されるが、その熱電変換性能は現状では既存材料に比べて大きく劣るのが欠点である。そこで、本発明は、熱電性能を大幅に向上させるべく、無次元熱電性能指数ZTを向上させる、ZnAlO系熱電変換材料を提供する。
無次元性能指数(ZT)が、600℃において0.2以上であるn型熱電変換材料を提供することができる。これは、従来のZnAlO系熱電変換材料に比べてZTが2倍以上の熱電性能の向上を達成したものである。同時に、バルクn型酸化物熱電変換材料の熱電性能として世界最高の値である。
用途利用分野 熱電変換材料、熱電変換素子
出願特許   特許 国際特許分類(IPC)
( 1 ) 国立研究開発法人科学技術振興機構, . 大瀧 倫卓, 荒木 和彦, . アルミニウム含有酸化亜鉛系n型熱電変換材料. 特開2010-003851. 2010-01-07
  • H01L  35/22     
  • H01L  35/34     
  • C04B  35/453    
  • C01G   9/02     
  • C01G   9/00     

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