JP4081547B2 - ＴｂＢ４４Ｓｉ２で示されるテルビウム多ホウ化物熱電素子 - Google Patents
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Description
この発明は、ＴｂＢ ４４ Ｓｉ ２ で示されるテルビウム多ホウ化物からなる熱電素子に関す
るものである。
るものである。
従来、熱電素子については、現代社会で効率的にエネルギーを使用するために盛んな材料
研究が行われており、信頼性の高い静かな冷却装置や発電機に使用するための大きな需要
が築かれた。一方で、多ホウ化物は、特徴として、高融点を有し、高温においても極めて
安定であるという劣悪環境下での魅力的な特性を有するけれども、電子的性質において機
能に結び付く興味深い性質は見つかってなかった。しかし、最近、希土類多ホウ化物が熱
電素子材料、分光素子材料、発光材料として有用であることが見出された（例えば、特許
文献１〜７）。
研究が行われており、信頼性の高い静かな冷却装置や発電機に使用するための大きな需要
が築かれた。一方で、多ホウ化物は、特徴として、高融点を有し、高温においても極めて
安定であるという劣悪環境下での魅力的な特性を有するけれども、電子的性質において機
能に結び付く興味深い性質は見つかってなかった。しかし、最近、希土類多ホウ化物が熱
電素子材料、分光素子材料、発光材料として有用であることが見出された（例えば、特許
文献１〜７）。
従来の熱電材料は、高温（800K以上）で性能の鈍化を示さず、安定性に優れた材料がない
のが現状であり、特に、そうした高温、劣悪な環境下で排熱を利用したような発電が資源
や環境の保護に重点が置かれている現代社会で必要であり、その目的のために新しい素材
を見出すことが期待されている状況にある。
のが現状であり、特に、そうした高温、劣悪な環境下で排熱を利用したような発電が資源
や環境の保護に重点が置かれている現代社会で必要であり、その目的のために新しい素材
を見出すことが期待されている状況にある。
この発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、従来、希土類多ホウ化物に
は得られていない新しい機能として、高温で優れた熱電的性質を有する新しい機能を示す
多ホウ化物を提供することを目的としている。
は得られていない新しい機能として、高温で優れた熱電的性質を有する新しい機能を示す
多ホウ化物を提供することを目的としている。
我々は、多ホウ化物がクラスター固体として低い熱伝導率を持つことに注目して、また、
伝導機構がホッピング則に従うために高温で急速に抵抗率が低くなることにも注目して、
高温における熱電素子の可能性を考えた。そして、特に注目した希土類ホウ素クラスター
化合物の中で、ＴｂＢ ４４ Ｓｉ ２ で示されるテルビウム多ホウ化物が800K以上においても
200mV/K以上の高いゼ−ベック係数を示すことを発見した。そして、熱電素子としての性
能指数を表すZTも高温に行くほど急速に上昇して行くことを確認した。また、極めて優れ
た耐酸性を有し、硝酸や硫酸環境下でも安定であるという性質を発見した。
伝導機構がホッピング則に従うために高温で急速に抵抗率が低くなることにも注目して、
高温における熱電素子の可能性を考えた。そして、特に注目した希土類ホウ素クラスター
化合物の中で、ＴｂＢ ４４ Ｓｉ ２ で示されるテルビウム多ホウ化物が800K以上においても
200mV/K以上の高いゼ−ベック係数を示すことを発見した。そして、熱電素子としての性
能指数を表すZTも高温に行くほど急速に上昇して行くことを確認した。また、極めて優れ
た耐酸性を有し、硝酸や硫酸環境下でも安定であるという性質を発見した。
このテルビウム多ホウ化物は２０００K以上という高融点を有し、高温下に曝しても安定
であり、また、極めて優れた耐酸性を有し、硝酸や硫酸環境下でも安定であるという性質
と、高温や酸性下で高いゼーベック係数、低抵抗、低熱伝導率を示す性質を利用して、高
温や酸性雰囲気下で使用され、特に、極めて高温や劣悪な酸性環境においても使用可能な
熱電素子を提供できる。
であり、また、極めて優れた耐酸性を有し、硝酸や硫酸環境下でも安定であるという性質
と、高温や酸性下で高いゼーベック係数、低抵抗、低熱伝導率を示す性質を利用して、高
温や酸性雰囲気下で使用され、特に、極めて高温や劣悪な酸性環境においても使用可能な
熱電素子を提供できる。
ＴｂＢ ４４ Ｓｉ ２ で示される希土類多ホウ化物の好ましい製造方法を以下に示す。
（方法１）
Ｔｂに対するホウ素の比が44で、Ｔｂに対するケイ素の比が２となるように、既知のＴｂ
ホウ化物(ＴｂB2、ＴｂB4、ＴｂB8、ＴｂB12等)にホウ素とケイ素を混合し、その混合物
を真空下または不活性ガス下で1400℃温度以上2200℃以下で固相反応する。
（方法１）
Ｔｂに対するホウ素の比が44で、Ｔｂに対するケイ素の比が２となるように、既知のＴｂ
ホウ化物(ＴｂB2、ＴｂB4、ＴｂB8、ＴｂB12等)にホウ素とケイ素を混合し、その混合物
を真空下または不活性ガス下で1400℃温度以上2200℃以下で固相反応する。
（方法２）
Ｔｂに対するホウ素の比が44で、Ｔｂに対するケイ素の比が２となるように、既知のＴｂ
ホウ化物(ＴｂB2、ＴｂB4、ＴｂB8、ＴｂB12等)にホウ素とケイ素を混合し、その混合物
を真空下または不活性ガス下で溶融する。
Ｔｂに対するホウ素の比が44で、Ｔｂに対するケイ素の比が２となるように、既知のＴｂ
ホウ化物(ＴｂB2、ＴｂB4、ＴｂB8、ＴｂB12等)にホウ素とケイ素を混合し、その混合物
を真空下または不活性ガス下で溶融する。
（方法３）
Ｔｂに対するホウ素の比が44で、Ｔｂに対するケイ素の比が２で、かつ酸素とホウ素の比
が１となるように、Ｔｂ酸化物にホウ素とケイ素を混合し、その混合物を不活性ガス下で
アーク溶融する。
Ｔｂに対するホウ素の比が44で、Ｔｂに対するケイ素の比が２で、かつ酸素とホウ素の比
が１となるように、Ｔｂ酸化物にホウ素とケイ素を混合し、その混合物を不活性ガス下で
アーク溶融する。
以下実施例を示し、さらにこの発明について詳しく説明する。
Tb4O7とBをTbに対するBの比が50で、かつOとBの比が１となる割合で混合し、これを加圧
成形したものを真空中、1750℃で4時間加熱して得られたものを粉砕して、Tbに対するSi
の比が2になるように混合し、これを加圧成形したものを真空中、1900℃で10時間加熱す
る。化学分析と粉末X線回折による測定では、[B]/[Tb] =44.0、[Si] / [Tb] =2.0となり
、TbB44+XSi1.8+Y(X=0,Y=0.2)のほぼ所望の組成と近似するテルビウム多ホウ化物を得た
ことが確認された。そして、粉末X線回折より、格子定数a=16.75A,b=17.73 A, c=9.57 A
の斜方晶で指数付けすることができた。
Tb4O7とBをTbに対するBの比が50で、かつOとBの比が１となる割合で混合し、これを加圧
成形したものを真空中、1750℃で4時間加熱して得られたものを粉砕して、Tbに対するSi
の比が2になるように混合し、これを加圧成形したものを真空中、1900℃で10時間加熱す
る。化学分析と粉末X線回折による測定では、[B]/[Tb] =44.0、[Si] / [Tb] =2.0となり
、TbB44+XSi1.8+Y(X=0,Y=0.2)のほぼ所望の組成と近似するテルビウム多ホウ化物を得た
ことが確認された。そして、粉末X線回折より、格子定数a=16.75A,b=17.73 A, c=9.57 A
の斜方晶で指数付けすることができた。
図１に、得られた希土類多ホウ化物熱電材料のゼーベック係数の温度依存性を示す。また
、図２に、得られた希土類多ホウ化物熱電材料の性能指数の温度依存性を示す。TbB44+XS
i1.8+Y(X=0,Y=0.2)は800K以上においても200mV/K以上の高いゼ−ベック係数を示し、性能
指数ZTも高温に行くほど上昇して行くことが確認された。そして、硝酸、硫酸下でも安定
であることが確認された。
、図２に、得られた希土類多ホウ化物熱電材料の性能指数の温度依存性を示す。TbB44+XS
i1.8+Y(X=0,Y=0.2)は800K以上においても200mV/K以上の高いゼ−ベック係数を示し、性能
指数ZTも高温に行くほど上昇して行くことが確認された。そして、硝酸、硫酸下でも安定
であることが確認された。
以上詳しく説明した通り、この発明によって、いままでには存在しなかったテルビウム多
ホウ化物において高温の熱電素子が提供される。融点も高く、高温2000Kに至るまで安定
であり、温度上昇に伴い熱電素子としての性能が高くなるので、800K以上で使用できる熱
電素子、また、酸性雰囲気下でも使用できる熱電素子として有望視される。将来的には劣
悪な環境、例えば、他惑星無人探索等においての使用も考えられる。実際に、木星の月Eu
ropa上などにおいては硫酸が充満している環境である。当テルビウム多ホウ化物はそのよ
うな環境下でも安定であり、熱電材料として魅力的な特性が備わった化合物であるので、
特異性があり、素子として使用可能である。
ホウ化物において高温の熱電素子が提供される。融点も高く、高温2000Kに至るまで安定
であり、温度上昇に伴い熱電素子としての性能が高くなるので、800K以上で使用できる熱
電素子、また、酸性雰囲気下でも使用できる熱電素子として有望視される。将来的には劣
悪な環境、例えば、他惑星無人探索等においての使用も考えられる。実際に、木星の月Eu
ropa上などにおいては硫酸が充満している環境である。当テルビウム多ホウ化物はそのよ
うな環境下でも安定であり、熱電材料として魅力的な特性が備わった化合物であるので、
特異性があり、素子として使用可能である。
Claims (3)
- ＴｂＢ ４４ Ｓｉ ２ で示されるテルビウム多ホウ化物からなり８００Ｋ以上において２００
ｍＶ／Ｋ以上のゼーベック係数を示す高温特性を有することを特徴とする希土類多ホウ化
物熱電素子。 - ８００Ｋ以上の高温雰囲気下で使用されることを特徴とする請求項１記載の熱電素子。
- 酸性雰囲気下で使用されることを特徴とする請求項１記載の熱電素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003399282A JP4081547B2 (ja) | 2003-11-28 | 2003-11-28 | ＴｂＢ４４Ｓｉ２で示されるテルビウム多ホウ化物熱電素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003399282A JP4081547B2 (ja) | 2003-11-28 | 2003-11-28 | ＴｂＢ４４Ｓｉ２で示されるテルビウム多ホウ化物熱電素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005159242A JP2005159242A (ja) | 2005-06-16 |
| JP4081547B2 true JP4081547B2 (ja) | 2008-04-30 |
Family
ID=34723876
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003399282A Expired - Lifetime JP4081547B2 (ja) | 2003-11-28 | 2003-11-28 | ＴｂＢ４４Ｓｉ２で示されるテルビウム多ホウ化物熱電素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4081547B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
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|---|---|---|---|---|
| JP4854215B2 (ja) * | 2005-04-26 | 2012-01-18 | 旭化成株式会社 | 熱電材料とその製造方法 |
| JP5051412B2 (ja) * | 2005-08-18 | 2012-10-17 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | 炭素、窒素をドープしてなる希土類多ホウ化物系高温耐酸性ｎ型熱電材料とその製造方法 |
| JP4840755B2 (ja) * | 2005-11-11 | 2011-12-21 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | 金属低ホウ化物がドープされた希土類多ホウ化物系熱電変換材料とその製造方法 |
| JP5429863B2 (ja) * | 2009-07-23 | 2014-02-26 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | 熱電素子 |
| JP5382707B2 (ja) * | 2009-07-24 | 2014-01-08 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | 熱電半導体とそれを用いた熱電発電素子 |
| JP5273685B2 (ja) * | 2011-10-06 | 2013-08-28 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | 炭素、窒素をドープしてなる希土類多ホウ化物系高温耐酸性ｎ型熱電材料を使用したｎ型熱電変換素子 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2810980B2 (ja) * | 1995-10-02 | 1998-10-15 | 科学技術庁無機材質研究所長 | ホウケイ化イットリウムとその希土類置換体 |
| JP3624244B2 (ja) * | 2001-10-30 | 2005-03-02 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | 希土類ホウケイ化物とその製造方法 |
-
2003
- 2003-11-28 JP JP2003399282A patent/JP4081547B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2005159242A (ja) | 2005-06-16 |
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