有限要素シミュレーションに基づく傾斜棒状Ni/Mg_2Si複合材料の熱電特性に及ぼす構造条件の影響に関する定量解析

摘要

Mg_2Siは，地球の地殻に豊富に存在し非毒性な元素であるSiとMgから成るn型熱電化合物である.Mg_2Siを用いた高性能モジュールは，300～600°Cの温度範囲での熱電発電用途に期待されている.従来の熱電モジュールは，p型とn型の熱電素子が電極を介して交互に直列に連結したII型構造を有している.n型であるMg_2Siを用いてII型構造の熱電モジュールを製造する際には，Mg_2Siと同等な熱電性能と熱膨張係数を有するp型材料が必要となる.p型Mg_2Si系材料の研究は報告されているが，十分な熱電性能を有する材料の開発に至っていないのが現状である.Mg_2Siの破壊靭性は，Al_2O_3の約20%, Bi_2Te_3の約60%程度と低いため, II型熱電モジュールの製造時や使用時に熱応力による亀裂の発生が素子破壊の問題となる.