バルクナノコンポジット構造を有する酸化物熱電材料の合成と熱電性能

摘要

温度差を電力に直接変換する熱電変換は、未利用廃熱エネルギーを回収再利用できるenergy harvesting技術として注目されている。特に酸化物熱電材料は、可採資源盈や環境安全性に問題がある従来の重金属系材料に替わる熱電変換材料として期待されている。酸化亜鉛にアルミニウムを2mol％程度添加したAlドープZnOをま、現時点で最良のn型酸化物熱電材料の一つであり、特にゼーペック係数Sと導電率σから導かれる出力因子S~2σは既存の重金属系熱電材料に匹敵するが、熱伝導率が室温で約40W/kと高いために、その無次元性能指数ZT=S~2 σT/κま最大で0.3程度に留まっている。大きなZTを得るためにはσ/κ_(ph)比を大きくする、すなわちフォノン熱伝導率κ_(ph)の選択的低減が求められており、これを実用材料で実現可能なコンセプトとして、バルク材料中にナノサイズのヘテロ横道を作り込hだバルクナノコンポジットが提案されている。ここでは、ZnOを母相としたバルクナノコンポジット構造形成の試みとして、ナノサイズの閉気孔（ナノポイド）を緻密なZnOマトリックス中に分散させたナノポイド構造ZnOと、AlとGaを同時ドープした共ドープZnOの合成と熱竃性能について報告する。