Research Results 研究成果
国立研究開発法人 産業技術総合研究所【理事長 中鉢 良治】(以下「産総研」という)省エネルギー研究部門【研究部門長 宗像 鉄雄】熱電変換グループ 李 哲虎 主任研究員と、国立大学法人 九州大学【総長 久保 千春】(以下「九大」という) 大学院総合理工学研究院 末國 晃一郎 准教授らは共同で、新規高性能熱電材料の新しい設計指針を提案した。
热电発电では热の流れの一部を电気の流れに変换して発电する。高い热电性能を得るには高い电気伝导率と低い热伝导率を併せ持つ必要がある。これらは一般に相反する性质であるが、両立させるには、原子の大振幅振动(ラットリング)が有効であることが知られていた。しかし、これまでラットリングは原子がかご中に取り込まれた构造を持つカゴ状物质でのみ生じると考えられており、ラットリングによる热电性能向上を期待できる材料系は限られていた。
一方、本研究グループは、これまでにカゴ状构造を持たないテトラヘドライトでもラットリングが生じていることを発见していたが、その原因解明が课题となっていた。今回、このテトラヘドライトを详细に调べ、カゴ状构造がなくても平面配位构造がラットリングを诱起しうることや、その原因を明らかにした。この成果は热电材料探索の范囲を飞跃的に広げ、より高い热电性能を持つ新材料の创製に资すると期待される。
この成果の詳細は、2018年2月1日(現地時間)にAdvanced Materials (アドバンストマテリアルズ) にオンライン掲載された。
カゴ状物质(左)と平面配位物质(右)の大振幅原子振动の概念図
図1 S3三角形の中心に位置するCu原子が大きく振動する平面ラットリングの概念図(上)と、
各种材料の厂3叁角形の面积と颁耻原子の振幅の関係(下)
図2 厂产原子/础蝉原子(縦轴)と颁耻原子(横轴)の原子変位パラメーターの関係