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J-GLOBAL ID：201202286557612244   整理番号：12A1359527

全スケールで階層構造を持つ高性能バルク熱電体

High-performance bulk thermoelectrics with all-scale hierarchical architectures

著者 (9件)： BISWAS Kanishka (Northwestern Univ., Illinois, USA) ,  HE Jiaqing (Northwestern Univ., Illinois, USA) ,  KANATZIDIS Mercouri G. (Northwestern Univ., Illinois, USA) ,  BLUM Ivan D. (Northwestern Univ., Illinois, USA) ,  SEIDMAN David N. (Northwestern Univ., Illinois, USA) ,  DRAVID Vinayak P. (Northwestern Univ., Illinois, USA) ,  WU Chun-I (Michigan State Univ., Michigan, USA) ,  HOGAN Timothy P. (Michigan State Univ., Michigan, USA) ,  KANATZIDIS Mercouri G. (Argonne National Lab., Illinois, USA)
資料名： Nature (London)  (Nature (London))
巻： 489  号： 7416  ページ： 414-418  発行年： 2012年09月20日 
JST資料番号： D0193B  ISSN： 0028-0836  資料種別： 逐次刊行物 (A)
記事区分： 短報  発行国： イギリス (GBR)  言語： 英語 (EN)

抄録/ポイント： 使用された全エネルギーの約3分の2が廃熱として失われており,熱を電気エネルギーに直接,可逆的に変換できる高性能熱電材料が切実に求められている。しかし,熱電材料の実用化は,これまで性能指数ZT(熱力学第二法則に従いカルノー効率を左右する)が低かったため限られている。ナノ構造化により熱伝導率を下げるという最近成功した手法によって,750~900Kで1.5~1.8という過去最高のZT値が実現された。しかし,一般的に望まれているしきい値2には達していない。バルク熱電体中のナノ構造体によって,フォノンスペクトルのかなりの部分で効果的なフォノン散乱が可能になるが,平均自由行程の長いフォノンはほとんど影響を受けない。今回我々は,ナノ構造化された熱電材料のメソスケール構造を制御,微調整することによって,平均自由行程の長い熱伝導フォノンが散乱されうることを示す。したがって,我々は,原子スケールの格子乱れ,ナノスケールのエンドタキシャル析出物からメソスケールの粒界まで,関連するすべての長さスケールで散乱源を階層的に検討することによって,格子熱伝導率の最大限の低減とPbTeの熱電性能の大幅な向上を実現している。我々は,このようなパノスコピックな(広範な階層的)方法で熱伝導フォノンを総合的な長さスケールにわたって散乱させることによって,ナノ構造化を超える成果を得ており,4モルパーセント濃度のSrTeでエンドタキシャルナノ構造化を行ったうえ粉末加工と放電プラズマ焼結でメソ構造化を行ったp型PbTeにおいて,915Kで約2.2というZT値を実証している。今回のしきい値2を超えるZTの増大は,バルク熱電体のフォノン散乱の制御においてマルチスケール階層構造の役割と必要性を明らかにするものであり,廃熱のかなりの部分を回収する現実的な見通しが得られることを示している。Copyright Nature Publishing Group 2012

シソーラス用語： *階層構造 ,  *熱電材料 ,  *性能指数 ,  ナノ構造 ,  *熱伝導率 ,  閾値 ,  スペクトル ,  *テルル化物 ,  ストロンチウム化合物 ,  放電焼結 ,  *鉛化合物 ,  構造 ,  熱回収 ,  放電プラズマ焼結
準シソーラス用語： フォノンスペクトル ,  メソ構造

分類 (1件)： その他の無機化合物の電気伝導  (BM03044O)

タイトルに関連する用語 (4件)： スケール ,  階層構造 ,  高性能 ,  バルク