JP4479628B2 - Thermoelectric material, manufacturing method thereof, and thermoelectric module - Google Patents

Thermoelectric material, manufacturing method thereof, and thermoelectric module Download PDF

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本発明は、ペルチェ効果を利用したペルチェモジュールに使用される熱電材料及びその製造方法、並びにこの熱電材料を使用した熱電モジュールに関する。   The present invention relates to a thermoelectric material used in a Peltier module utilizing the Peltier effect, a method for manufacturing the thermoelectric material, and a thermoelectric module using the thermoelectric material.

ペルチェ効果を利用した熱電モジュールは、無音及び無振動で動作し、メンテナンスが不要であることから、小型冷蔵庫及び半導体装置内部の温度調整器等の様々な分野への適用が検討されている。このような熱電モジュールに使用される熱電材料の特性は、そのゼーベック係数をα(V/K)、比抵抗をρ(Ω・m)、熱伝導率をκ(W/m・K)としたとき、下記数式1に示す性能指数Zによって評価することができる。そして、この性能指数Zが高い熱電材料ほど、熱電性能が優れている。   Thermoelectric modules using the Peltier effect operate without sound and without vibration, and do not require maintenance. Therefore, application to various fields such as a small refrigerator and a temperature controller inside a semiconductor device has been studied. The characteristics of the thermoelectric material used in such a thermoelectric module are that the Seebeck coefficient is α (V / K), the specific resistance is ρ (Ω · m), and the thermal conductivity is κ (W / m · K). In this case, it can be evaluated by the figure of merit Z shown in the following formula 1. And the thermoelectric material with a higher figure of merit Z has better thermoelectric performance.

Figure 0004479628
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上記数式1に示すように、熱電材料の性能指数Zを高くするためには、熱伝導率κを低くすることが有効である。そこで、従来、熱電材料の熱伝導率κを低くするため、結晶粒径を小さくする方法、キャリア濃度を低減する方法等が検討されている(例えば、特許文献1乃至3参照。)。特許文献1に記載の熱電材料は、Bi及びSbからなる群から選択された少なくとも1種の元素と、S、Te及びSeからなる群から選択された少なくとも1種の元素とを含む熱電材料に、更に、遷移金属元素及び/又は希土類金属元素、具体的には、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Y、La、Ce、Nd、Sm及びMm(ミッシュメタル)からなる群から選択された少なくとも1種の元素を添加することにより、アモルファス化又は微結晶化を促進し、熱伝導率κを低くしている。   As shown in the above formula 1, in order to increase the figure of merit Z of the thermoelectric material, it is effective to decrease the thermal conductivity κ. Therefore, in order to reduce the thermal conductivity κ of thermoelectric materials, methods for reducing the crystal grain size, methods for reducing the carrier concentration, and the like have been studied (for example, see Patent Documents 1 to 3). The thermoelectric material described in Patent Document 1 is a thermoelectric material containing at least one element selected from the group consisting of Bi and Sb and at least one element selected from the group consisting of S, Te, and Se. Furthermore, transition metal elements and / or rare earth metal elements, specifically, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, Y, La, Ce, Nd, By adding at least one element selected from the group consisting of Sm and Mm (Misch metal), amorphization or microcrystallization is promoted, and the thermal conductivity κ is lowered.

また、特許文献2には、Bi及びSbからなる群から選択された少なくとも1種の元素と、Te及びSeからなる群から選択された少なくとも1種の元素とを含む原料を、液体急冷法により薄膜又は粉末状とし、これを更に粉砕した粉末を、結晶が粗大化しない条件で放電プラズマ焼結して固化成形することにより、結晶組織を微細化する熱電冷却用材料の製造方法が提案されている。   Patent Document 2 discloses a raw material containing at least one element selected from the group consisting of Bi and Sb and at least one element selected from the group consisting of Te and Se by a liquid quenching method. A method for producing a thermoelectric cooling material that refines the crystal structure by forming a thin film or a powder and further pulverizing this powder by spark plasma sintering under the condition that the crystal does not become coarse has been proposed. Yes.

更に、特許文献3には、Bi、Te、Sb及びSeからなる群から選択された少なくとも2種の元素からなる原料粉末を成形した後、0.9GHz以上のマイクロ波により加熱焼成する熱電素子の製造方法が提案されている。この熱電素子の製造方法では、結晶粒子を粒成長させることなく焼結することができるため、熱電材料の結晶粒を微細化することができる。   Further, Patent Document 3 discloses a thermoelectric element in which a raw material powder composed of at least two elements selected from the group consisting of Bi, Te, Sb, and Se is molded and then heated and fired with a microwave of 0.9 GHz or more. Manufacturing methods have been proposed. In this method for manufacturing a thermoelectric element, the crystal grains of the thermoelectric material can be miniaturized because the crystal grains can be sintered without growing the grains.

特開平8−111546号公報JP-A-8-111546 特開平10−41554号公報JP 10-41554 A 特開2002−232024号公報JP 2002-232024 A

しかしながら、前述の従来の技術には以下に示す問題点がある。熱電材料における熱伝導率κは、比抵抗ρとの相関が極めて強く、特許文献1乃至3のように、結晶粒径を小さくして熱伝導率κを低くした場合、キャリア移動度が低下して比抵抗ρが増加し、性能指数Zを効果的に向上させることができないという問題点がある。同様に、キャリア濃度を低減して熱伝導率κを低くした場合も、比抵抗ρが増加するため、性能指数Zを効果的に向上させることができないという問題点がある。   However, the conventional techniques described above have the following problems. The thermal conductivity κ in the thermoelectric material has an extremely strong correlation with the specific resistance ρ. When the crystal grain size is reduced and the thermal conductivity κ is lowered as in Patent Documents 1 to 3, the carrier mobility decreases. As a result, the specific resistance ρ increases and the figure of merit Z cannot be effectively improved. Similarly, even when the carrier concentration is reduced and the thermal conductivity κ is lowered, the specific resistance ρ increases, so that the figure of merit Z cannot be effectively improved.

また、BiTe系熱電材料は、比抵抗ρが、結晶構造のC軸方向は高く、A軸方向は低いため、その結晶異方性を利用し、結晶方位を整列させた状態でA軸方向に通電することにより、比抵抗ρを低減して性能指数Zを高くすることができるが、BiTe系熱電材料の熱伝導率κはA軸方向が高いため、この方法でも性能指数Zを効果的に向上させることはできないという問題点がある。 In addition, the Bi 2 Te 3 series thermoelectric material has a specific resistance ρ, which is high in the C-axis direction and low in the A-axis direction of the crystal structure. By energizing in the axial direction, the specific resistance ρ can be reduced and the figure of merit Z can be increased. However, since the thermal conductivity κ of the Bi 2 Te 3 series thermoelectric material is high in the A-axis direction, this method also has performance. There is a problem that the index Z cannot be improved effectively.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、比抵抗ρを増加させずに熱伝導率κを低くすることができる熱電材料及びその製造方法並びに熱電モジュールを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a thermoelectric material, a method for manufacturing the thermoelectric material, and a thermoelectric module that can reduce the thermal conductivity κ without increasing the specific resistance ρ. To do.

本願第1発明に係る熱電材料は、AをBi及びSbからなる群から選択された少なくとも1種の元素としたとき、ATeSe3−xで表される組成を有する六方晶系の熱電材料において、マイクロ波焼結法により固化成形され、6cサイトのTeの一部がSeで置換され、Seが6cサイトと3aサイトに存在する結晶構造を有し、全Se量に対して、6cサイトに位置しているSeの割合が51原子%以上であることを特徴とする。 The thermoelectric material according to the first invention of the present application is a hexagonal system having a composition represented by A 2 Te x Se 3-x when A is at least one element selected from the group consisting of Bi and Sb. In thermoelectric material, solidified by microwave sintering method , part of Te at 6c site is replaced by Se, Se has a crystal structure existing at 6c site and 3a site, and with respect to the total amount of Se, The ratio of Se located in the 6c site is 51 atomic% or more.

本発明においては、3aサイトのTeだけでなく、6cサイトのTeの一部もSeで置換されているため、結晶格子が歪み、フォノン散乱の効果により、比抵抗ρを増加させずに熱伝導率κを低くすることができる。   In the present invention, not only the Te at the 3a site but also a part of the Te at the 6c site is substituted with Se, so that the crystal lattice is distorted and the heat conduction without increasing the specific resistance ρ due to the effect of phonon scattering. The rate κ can be lowered.

全Se量に対して、6cサイトに位置しているSeの割合を51原子%以上としたので、熱伝導率κを15%以上低減することができ、性能指数Zを3.0以上にすることができる。 Since the ratio of Se located at the 6c site with respect to the total amount of Se is set to 51 atomic% or more, the thermal conductivity κ can be reduced by 15% or more, and the figure of merit Z is set to 3.0 or more. be able to.

本願第2発明に係る熱電材料の製造方法は、AをBi及びSbからなる群から選択された少なくとも1種の元素としたとき、ATeSe3−xで表される組成の粉末及び/又は箔片を液体急冷法により冷却速度を1×10K/秒以上にして作製する工程と、前記粉末及び/又は箔片を、焼結時間をt(分)とし、焼結温度をT(℃)としたとき、下記数式2で表される条件で、マイクロ波焼結法により固化成形する工程と、を有し、ATeSe3−xで表される組成で、6cサイトのTeの一部がSeで置換され、Seが6cサイトと3aサイトに存在する結晶構造を有し、全Se量に対して、6cサイトに位置しているSeの割合が51原子%以上である六方晶系熱電材料を製造することを特徴とする。 In the method for producing a thermoelectric material according to the second invention of the present application, when A is at least one element selected from the group consisting of Bi and Sb, a powder having a composition represented by A 2 Te x Se 3-x and And / or a step of producing a foil piece by a liquid quenching method at a cooling rate of 1 × 10 3 K / second or more, and the powder and / or the foil piece is set to a sintering time t (minutes), and the sintering temperature is set to When T (° C.), a step of solidifying and molding by a microwave sintering method under the conditions represented by the following mathematical formula 2, and a composition represented by A 2 Te x Se 3-x , 6c Part of Te at the site is replaced with Se, and Se has a crystal structure existing at the 6c site and the 3a site, and the ratio of Se located at the 6c site is 51 atomic% or more with respect to the total amount of Se A hexagonal thermoelectric material is produced.

Figure 0004479628
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本発明においては、液体急冷法により冷却速度を1×10K/秒以上にして作製した粉末及び/又は箔片を、上記数式2で表される条件で固化成形しているため、液体急冷法で急冷凝固させたときに生じた結晶構造が固化成形後も保持され、6cサイトのTeの一部がSeで置換された結晶構造をもつ熱電材料を製造することができる。これにより、比抵抗ρを増加させずに熱伝導率κを低くすることができ、従来の熱電材料よりも、性能指数Zが高い熱電材料が得られる。 In the present invention, since the powder and / or foil pieces produced at a cooling rate of 1 × 10 3 K / second or more by the liquid quenching method are solidified and molded under the conditions expressed by the above formula 2, the liquid quenching is performed. A thermoelectric material having a crystal structure in which the crystal structure generated when rapidly solidified by the method is retained after solidification and a part of Te at the 6c site is substituted with Se can be produced. Thereby, thermal conductivity (kappa) can be made low, without increasing specific resistance (rho), and the thermoelectric material whose performance index Z is higher than the conventional thermoelectric material is obtained.

この熱電材料の製造方法においては、焼結温度Tを(−18.8×t+578.1)℃未満にして固化成形しているので、6cサイトにおけるSe含有率を51原子%以上にすることができるため、性能指数Zを3.0以上にすることができる。 In this method for producing a thermoelectric material, since the sintering temperature T is set to less than (−18.8 × t + 578.1) ° C. and solidified, the Se content at the 6c site should be 51 atomic% or more. Therefore, the figure of merit Z can be 3.0 or more.

また、前記粉末及び/又は箔片は、マイクロ波焼結法又は通電加熱焼結法により固化成形することができる。   The powder and / or the foil piece can be solidified and formed by a microwave sintering method or an electric heating sintering method.

本願第3発明に係る熱電モジュールは、前述の熱電材料が組み込まれていることを特徴とする。   The thermoelectric module according to the third invention of the present application is characterized in that the thermoelectric material described above is incorporated.

本発明においては、AをBi及びSbからなる群から選択された少なくとも1種の元素としたとき、ATeSe3−xで表される組成で、且つ6cサイトのTeの一部がSeで置換された結晶構造をもつ熱電材料を使用しているため、従来の熱電モジュールに比べて、効率的に熱電特性を向上させることができる。 In the present invention, when A is at least one element selected from the group consisting of Bi and Sb, a composition represented by A 2 Te x Se 3-x and a part of Te at the 6c site is Since a thermoelectric material having a crystal structure substituted with Se is used, thermoelectric characteristics can be improved more efficiently than conventional thermoelectric modules.

本発明によれば、AをBi及びSbからなる群から選択された少なくとも1種の元素としたとき、ATeSe3−xで表される組成の熱電材料において、6cサイトのTeの一部がSeで置換された結晶構造となっているため、結晶構造が歪み、フォノン散乱効果により、比抵抗ρを増加させずに熱伝導率κを低くすることができる。 According to the present invention, when A is at least one element selected from the group consisting of Bi and Sb, in a thermoelectric material having a composition represented by A 2 Te x Se 3-x , Since the crystal structure is partially substituted with Se, the crystal structure is distorted, and the thermal conductivity κ can be lowered without increasing the specific resistance ρ due to the phonon scattering effect.

以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第1の実施形態に係る熱電材料について説明する。本実施形態の熱電材料は、AをBi及びSbからなる群から選択された少なくとも1種の元素としたとき、ATeSe3−xで表される組成の六方晶系熱電材料であり、3aサイトのTeの一部及び6cサイトのTeの一部がSeで置換され、3aサイト及び6cサイトの両方にSeが配置された結晶構造となっている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. First, the thermoelectric material according to the first embodiment of the present invention will be described. The thermoelectric material of this embodiment is a hexagonal thermoelectric material having a composition represented by A 2 Te x Se 3-x when A is at least one element selected from the group consisting of Bi and Sb. A part of Te at the 3a site and a part of Te at the 6c site are substituted with Se, and a crystal structure is formed in which Se is arranged at both the 3a site and the 6c site.

以下、本実施形態の熱電材料について、BiTeSe3−xを例にして詳細に説明する。図1は本実施形態の熱電材料の結晶構造の一例を示す図であり、図2はBiTeの結晶構造を示す図である。図2に示すように、BiTeの結晶構造は空間群

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で示され、その結晶構造中には、1種類のBiと、位置するサイトが相互に異なる2種類のTe(Te1,Te2)が存在する。具体的には、単位格子内に、6cサイトに位置するBi、6cサイトに位置するTe1及び3aサイトに位置するTe2の15個の元素が配置されており、結晶学的にはBiTe1Te2と表される。 Hereinafter, the thermoelectric material of the present embodiment will be described in detail using Bi 2 Te x Se 3-x as an example. FIG. 1 is a diagram showing an example of the crystal structure of the thermoelectric material of the present embodiment, and FIG. 2 is a diagram showing the crystal structure of Bi 2 Te 3 . As shown in FIG. 2, the crystal structure of Bi 2 Te 3 is a space group.
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In the crystal structure, there are one kind of Bi and two kinds of Te (Te1, Te2) whose sites are different from each other. Specifically, 15 elements of Bi located at the 6c site, Te1 located at the 6c site, and Te2 located at the 3a site are arranged in the unit cell, and Bi 2 Te1 2 is crystallographically. Represented as Te2.

また、一般に、BiTeを熱電材料として使用する場合、熱電特性を調整するためにSeが添加され、例えば、BiTe2.7Se0.3に代表される組成に調整される。そして、BiTe2.7Se0.3等の様にSeが添加された従来のBiTe系熱電材料は、3aサイトに位置するTe2がSeに置換された結晶構造となっている。図3はBiTeSeの結晶構造を示す図であり、図4は横軸にTe量をとり、縦軸に熱伝導率κのうち格子振動(フォノン)による成分κphをとって、Se置換量と格子熱伝導率κphとの関係を示すグラフ図である。図4に示すように、3aサイトに位置するTe2が全てSeで置換されたBiTeSe(図3)及びSeが添加されていないBiTe(図2)は、いずれも結晶構造が安定しているため格子熱伝導率κphが高い。これに対して、3aサイトに位置するTe2の一部がSeで置換されたものは、結晶構造が歪み、図2及び図3に示す結晶構造のものに比べて、格子熱伝導率κphが低下する。 In general, when Bi 2 Te 3 is used as a thermoelectric material, Se is added to adjust the thermoelectric characteristics, and for example, the composition is typified by Bi 2 Te 2.7 Se 0.3 . The conventional Bi 2 Te 3 -based thermoelectric material Se is added as such Bi 2 Te 2.7 Se 0.3 is, Te2 located 3a site is a crystal structure substituted in Se . FIG. 3 is a diagram showing the crystal structure of Bi 2 Te 2 Se, FIG. 4 shows the amount of Te on the horizontal axis, and the component κ ph due to lattice vibration (phonon) of the thermal conductivity κ on the vertical axis, It is a graph which shows the relationship between Se substitution amount and lattice thermal conductivity (kappa) ph . As shown in FIG. 4, Bi 2 Te 2 Se (FIG. 3) in which all Te2 located at the 3a site are replaced with Se and Bi 2 Te 3 (FIG. 2) to which Se is not added are both crystal structures. Is stable, the lattice thermal conductivity κph is high. On the other hand, when Te2 located at the 3a site is partially substituted with Se, the crystal structure is distorted, and the lattice thermal conductivity κ ph is higher than that of the crystal structure shown in FIGS. descend.

更に、図1に示す本実施形態の熱電材料のように、3aサイトに位置するTe2の一部だけでなく、6cサイトに位置するTe1の一部もSeに置換されていると、結晶構造の歪みが増し、Te2がSeに置換された従来の熱電材料に比べて格子熱伝導率κphを大幅に低減することができる。 Further, as in the thermoelectric material of the present embodiment shown in FIG. 1, when not only a part of Te2 located at the 3a site but also a part of Te1 located at the 6c site is replaced with Se, the crystalline structure The strain thermal conductivity κ ph can be greatly reduced as compared with the conventional thermoelectric material in which the strain is increased and Te2 is replaced with Se.

ここで、全Se量に対する6cサイトに置換されているSeの量の割合(=6cサイトに位置するSe量/全Se量)を占有率として定義する。例えば、BiTeのTeをSeで10原子%置換した場合(BiTe2.7Se0.3)、従来の熱電材料では、Seは全て3aサイトに配置されるため、BiTe1(Te20.7Se0.3)となり、6cサイトにおけるSeの占有率は0%となる。一方、本実施形態の熱電材料のように、Seが6cサイトにも配置される場合、Bi(Te11.7Se0.3)Te2となり、この場合、6cサイトにおけるSeの占有率は100%となる。この6cサイトにおけるSeの占有率(=6cサイトに位置するSe量/全Se量)は、30原子%以上であることが好ましい。これにより、Seの置換率が同じである従来の熱電材料に比べて、熱導電率κを15%以上低減することができると共に、性能指数Zを3.0以上にすることができる。一方、6cサイトにおけるSeの占有率が30原子%未満であると、熱導電率の低減率が5%以上15%未満となる。 Here, the ratio of the amount of Se substituted for the 6c site to the total Se amount (= Se amount located at the 6c site / total Se amount) is defined as the occupation ratio. For example, when Te of Bi 2 Te 3 is replaced with Se at 10 atomic% (Bi 2 Te 2.7 Se 0.3 ), in the conventional thermoelectric material, all Se is arranged at the 3a site, so Bi 2 Te1 2 (Te2 0.7 Se 0.3 ), and the Se occupation ratio at the 6c site is 0%. On the other hand, when Se is also arranged at the 6c site as in the thermoelectric material of the present embodiment, Bi 2 (Te1 1.7 Se 0.3 ) Te2 is obtained. In this case, the occupation ratio of Se at the 6c site is 100. %. It is preferable that the Se occupancy in the 6c site (= Se amount located in the 6c site / total Se amount) is 30 atomic% or more. Thereby, compared with the conventional thermoelectric material with the same substitution rate of Se, thermal conductivity (kappa) can be reduced 15% or more, and the figure of merit Z can be set to 3.0 or more. On the other hand, when the Se occupancy rate at the 6c site is less than 30 atomic%, the reduction rate of the thermal conductivity is 5% or more and less than 15%.

本実施形態の熱電材料のように、3aサイトだけでなく、6cサイトにもSeが配置されていると、結晶構造が歪み、比抵抗ρを増加させずに、熱伝導率κを低減することができる。その結果、性能指数Zを効率的に向上させることができる。   When Se is disposed not only at the 3a site but also at the 6c site as in the thermoelectric material of the present embodiment, the crystal structure is distorted and the thermal conductivity κ is reduced without increasing the specific resistance ρ. Can do. As a result, the figure of merit Z can be improved efficiently.

なお、本実施形態においては、ATeSe3−xで表される組成の熱電材料のうち、AがBiである場合を例にして説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、6cサイトのTeの一部がSeで置換された結晶構造の六方晶系熱電材料であればよく、AはBi及びSbからなる群から選択された少なくとも1種の元素とすることができる。そして、組成がSbTeSe3−xである場合は、図1に示すBiTeSe3−xのBiが全てSbで置換された結晶構造となり、また、組成がBiSb2−yTeSe3−xである場合は、図1に示すBiTeSe3−xのBiの一部がSbで置換された結晶構造となる。 In the present embodiment, among the thermoelectric materials having a composition represented by A 2 Te x Se 3-x , the case where A is Bi is described as an example. However, the present invention is not limited to this. Instead, any hexagonal thermoelectric material having a crystal structure in which a part of Te at the 6c site is substituted with Se may be used, and A is at least one element selected from the group consisting of Bi and Sb. be able to. When the composition is Sb 2 Te x Se 3-x , the Bi 2 Te x Se 3-x Bi shown in FIG. 1 has a crystal structure in which all Bi is substituted with Sb, and the composition is Bi y Sb 2. If a -y Te x Se 3-x is a crystalline structure which is partially substituted by Sb and Bi in Bi 2 Te x Se 3-x shown in FIG.

また、本実施形態の熱電材料の結晶構造におけるTe及びSeの配置は、X線チャンネリング分光法及び粉末X線回折図形を使用したRietveld解析により精度よく評価することができる。   In addition, the arrangement of Te and Se in the crystal structure of the thermoelectric material of the present embodiment can be accurately evaluated by Rietveld analysis using X-ray channeling spectroscopy and powder X-ray diffraction patterns.

次に、本発明の第2の実施形態として、前述の第1の実施形態の熱電材料の製造方法について説明する。図5は本実施形態の熱電材料の製造方法を示すフローチャート図である。図5に示すように、本実施形態の熱電材料の製造方法においては、先ず、Bi及びSbからなる群から選択された少なくとも1種の元素、Te及びSeが所望の組成となるように原料を秤量する(ステップS1)。   Next, as a second embodiment of the present invention, a method for manufacturing the thermoelectric material of the first embodiment will be described. FIG. 5 is a flowchart showing the method for manufacturing the thermoelectric material of the present embodiment. As shown in FIG. 5, in the method for manufacturing a thermoelectric material of this embodiment, first, the raw materials are used so that at least one element selected from the group consisting of Bi and Sb, Te and Se, has a desired composition. Weigh (step S1).

次に、秤量した原料粉を石英製のアンプルに入れた後、アンプル内を真空引きし、その内部を真空状態又は不活性ガスを導入した状態として、アンプルの口を封じ切る(ステップS2)。そして、このアンプルをスタンドに回転可能な状態で支持された管状炉内に入れ、600乃至700℃に加熱することにより原料粉を溶解し、更に、管状炉を揺動させながら原料融液を撹拌する(ステップS3)。その後、融液を冷却して凝固させてインゴットとする(ステップS4)。次に、液体急冷法により、冷却速度を1×10K/秒以上にして急冷凝固させて、ステップS4で作製したインゴットを、箔片状及び/又は粉末状にする(ステップS5)。このとき、冷却速度が1×10K/秒未満であると、6cサイトのTeがSeで置換されない。本実施形態の熱電材料の製造方法において適用可能な液体急冷法としては、例えば単ロール法、双ロール法、ガスアトマイズ法及び回転ディスク法等が挙げられる。これにより、ATeSe3−xで表される組成で、6cサイトのTeの一部がSeで置換された結晶構造をもつ六方晶系の熱電材料の箔片及び/又は粉末が得られる。 Next, after putting the weighed raw material powder into a quartz ampule, the inside of the ampule is evacuated, and the inside of the ampule is sealed with the vacuum state or an inert gas introduced therein (step S2). The ampoule is placed in a tubular furnace supported by a stand so as to be rotatable, heated to 600 to 700 ° C. to dissolve the raw material powder, and the raw material melt is stirred while the tubular furnace is swung. (Step S3). Thereafter, the melt is cooled and solidified to form an ingot (step S4). Next, the ingot produced in step S4 is made into a foil piece and / or a powder form by rapidly cooling and solidifying by a liquid quenching method at a cooling rate of 1 × 10 3 K / second or more (step S5). At this time, if the cooling rate is less than 1 × 10 3 K / sec, Te at the 6c site is not replaced with Se. Examples of the liquid quenching method applicable in the method for producing a thermoelectric material of the present embodiment include a single roll method, a twin roll method, a gas atomizing method, and a rotating disk method. As a result, a foil piece and / or a powder of a hexagonal thermoelectric material having a composition represented by A 2 Te x Se 3-x and having a crystal structure in which a part of Te at the 6c site is substituted with Se is obtained. It is done.

次に、得られた箔片及び/又は粉末を、マイクロ波焼結法又は通電加熱焼結法により固化成形する(ステップS6)。図6は図1に示す熱電材料のSeが再配列した場合の結晶構造を示す図である。BiTe系化合物及びSbTe系化合物においては、Se等の添加元素は3aサイトに入りやすく、長時間加熱したり、水素還元したりすると、図6に示すように、6cサイトに位置していたSeが3aサイトに再配列されてしまう。その結果、結晶構造が安定になり、格子熱導電率κphを低減する効果が得られなくなる。このため、本実施形態の熱電材料の製造方法においては、固化成形時の加熱時間を極短時間にしている。 Next, the obtained foil piece and / or powder is solidified by a microwave sintering method or an electric heating sintering method (step S6). FIG. 6 is a view showing a crystal structure when Se of the thermoelectric material shown in FIG. 1 is rearranged. In the Bi 2 Te 3 series compound and the Sb 2 Te 3 series compound, an additive element such as Se easily enters the 3a site, and when heated for a long time or reduced with hydrogen, as shown in FIG. The located Se is rearranged to the 3a site. As a result, the crystal structure becomes stable and the effect of reducing the lattice thermal conductivity κph cannot be obtained. For this reason, in the manufacturing method of the thermoelectric material of this embodiment, the heating time at the time of solidification molding is made extremely short.

具体的には、マイクロ波焼結法により固化成形する場合は、ステップS5により得られた箔片及び/又は粉末を、冷間プレスによりペレット化した後、周波数を例えば1乃至30GHzとし、焼結時間t(分)及び焼結温度T(℃)が下記数式3に表される範囲内になるようにする。また、図7は横軸に焼結時間をとり、縦軸に焼結温度をとって、固化成形条件と性能指数Zとの関係を示すグラフ図である。焼結温度Tが(−25×t+575)℃未満となるような条件で固化成形すると、成形体の密度が95%以上にならず、比抵抗ρが増加してしまう。また、焼結温度Tが(−12.5×t+575)℃以上となるような条件で固化成形すると、6cサイトに位置していたSeが全て3aサイトに再配列してしまう。これに対して、図7に示すように、下記数式3に示す条件、即ち、焼結温度Tが(−25×t+575)℃以上で且つ(−12.5×t+575)℃未満となるようにすると、性能指数Zを2.5以上にすることができる。   Specifically, when solidifying and molding by the microwave sintering method, the foil piece and / or powder obtained in step S5 is pelletized by cold pressing, and then the frequency is set to 1 to 30 GHz, for example. The time t (minutes) and the sintering temperature T (° C.) are set within the range represented by the following mathematical formula 3. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the solidification molding conditions and the figure of merit Z with the sintering time on the horizontal axis and the sintering temperature on the vertical axis. If solidification molding is performed under such a condition that the sintering temperature T is less than (−25 × t + 575) ° C., the density of the molded body does not reach 95% or more, and the specific resistance ρ increases. Further, if solidification molding is performed under such a condition that the sintering temperature T is (−12.5 × t + 575) ° C. or higher, all the Se located at the 6c site is rearranged at the 3a site. On the other hand, as shown in FIG. 7, the condition shown in the following mathematical formula 3, that is, the sintering temperature T is (−25 × t + 575) ° C. or more and less than (−12.5 × t + 575) ° C. Then, the figure of merit Z can be 2.5 or more.

Figure 0004479628
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なお、マイクロ波焼結法での固化成形条件は、下記数式4に示す範囲内、即ち、焼結温度Tが(−25×t+575)℃以上で且つ(−18.8×t+578.1)℃未満であることが好ましい。これにより、6cサイトにおけるSe占有率を30原子%以上にすることができるため、Seの置換率が同じである従来の熱電材料に比べて、格子熱伝導率κphを15%以上低減することができると共に、性能指数Zを3.0以上にすることができる。 The solidification molding conditions in the microwave sintering method are within the range shown in the following formula 4, that is, the sintering temperature T is (−25 × t + 575) ° C. or higher and (−18.8 × t + 578.1) ° C. It is preferable that it is less than. As a result, the Se occupancy at the 6c site can be increased to 30 atomic% or more, and therefore, the lattice thermal conductivity κ ph is reduced by 15% or more compared to conventional thermoelectric materials having the same Se substitution rate. And the figure of merit Z can be 3.0 or more.

Figure 0004479628
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同様に、通電加熱焼結法により固化成形する場合は、ステップS5により得られた箔片及び/又は粉末を、金型に充填した後、例えば20乃至500MPaの圧力を印加しながら通電し、100乃至500℃/分の速度で昇温して、焼結時間t(分)及び焼結温度T(℃)が上記数式3に表される範囲内になるようにする。このとき、焼結温度Tが(−25×t+575)℃未満となるような条件で固化成形すると、成形体の密度が95%以上にならず、比抵抗ρが増加してしまう。一方、加熱温度Tが(−12.5×t+575)℃以上となるような条件で固化成形すると、6cサイトに位置していたSeが全て3aサイトに再配列してしまう。よって、通電加熱焼結法により固化成形する場合は、上記数式3に示す条件、即ち、焼結温度Tが(−25×t+575)℃以上で且つ(−12.5×t+575)℃未満となるようにする。なお、通電加熱焼結法での固化成形条件は、上記数式4に示す範囲内、即ち、加熱温度Tが(−25×t+575)℃以上で且つ(−18.8×t+578.1)℃未満であることが好ましい。これにより、6cサイトにおけるSe占有率を30原子%以上にすることができるため、Seの置換率が同じである従来の熱電材料に比べて、格子熱伝導率κphを15%以上低減することができると共に、性能指数Zを3.0以上にすることができる。 Similarly, in the case of solidification molding by the electric heating and sintering method, after filling the mold with the foil pieces and / or powder obtained in step S5, the electric current is applied while applying a pressure of 20 to 500 MPa, for example. The temperature is raised at a rate of 500 ° C./min so that the sintering time t (min) and the sintering temperature T (° C.) are within the range represented by the above Equation 3. At this time, if solidification molding is performed under such a condition that the sintering temperature T is less than (−25 × t + 575) ° C., the density of the compact does not reach 95% or more, and the specific resistance ρ increases. On the other hand, if solidification molding is performed under such a condition that the heating temperature T is (−12.5 × t + 575) ° C. or higher, all the Se located at the 6c site is rearranged at the 3a site. Therefore, in the case of solidification molding by the electric heating and sintering method, the condition shown in Equation 3 above, that is, the sintering temperature T is (−25 × t + 575) ° C. or more and less than (−12.5 × t + 575) ° C. Like that. It should be noted that the solidification molding conditions in the electric heating sintering method are within the range shown in Formula 4 above, that is, the heating temperature T is (−25 × t + 575) ° C. or higher and less than (−18.8 × t + 578.1) ° C. It is preferable that As a result, the Se occupancy at the 6c site can be increased to 30 atomic% or more, and therefore, the lattice thermal conductivity κ ph is reduced by 15% or more compared to conventional thermoelectric materials having the same Se substitution rate. And the figure of merit Z can be 3.0 or more.

更に、前述のマイクロ波焼結法及び通電加熱焼結法以外に、放電プラズマ焼結法により固化成形することもできる。その場合、ステップS5により得られた箔片及び/又は粉末を型に入れ、200乃至500MPa程度の圧力を印加しながら、プラズマ発生器等によって箔片及び/又は粉末間で放電プラズマを発生させて、200乃至600℃程度の温度条件下で15分間以内加熱する。その際、焼結時間が15分間を超えると、6cサイトに位置していたSeが全て3aサイトに再配列してしまう。なお、放電プラズマ焼結法により固化成形する際は、焼結温度を460℃以下とし、焼結時間を5分間以内とすることが好ましい。これにより、6cサイトにおけるSe占有率を30原子%以上にすることができるため、Seの置換率が同じである従来の熱電材料に比べて、格子熱導電率κphを15%以上低減することができると共に、性能指数Zを3.0以上にすることができる。 Further, in addition to the above-described microwave sintering method and current heating sintering method, solidification molding can also be performed by a discharge plasma sintering method. In that case, the foil piece and / or powder obtained in step S5 is put into a mold, and a discharge plasma is generated between the foil piece and / or powder by a plasma generator or the like while applying a pressure of about 200 to 500 MPa. And heating within about 15 minutes under a temperature of about 200 to 600 ° C. At that time, if the sintering time exceeds 15 minutes, all the Se located at the 6c site is rearranged at the 3a site. In addition, when solidifying and forming by the discharge plasma sintering method, it is preferable that the sintering temperature is 460 ° C. or less and the sintering time is within 5 minutes. As a result, the Se occupancy at the 6c site can be increased to 30 atomic% or more, so that the lattice thermal conductivity κ ph is reduced by 15% or more compared to the conventional thermoelectric material having the same Se substitution rate. And the figure of merit Z can be 3.0 or more.

本実施形態の熱電材料の製造方法においては、Bi及びSbからなる群から選択された少なくとも1種の元素と、Te、Se及びSからなる群から選択された2種以上の元素とを含む組成の原料を、液体急冷法により、冷却速度を1×10K/秒以上にして急冷凝固させて得た箔片及び/又は粉末を、短時間の加熱で固化成形しているため、6cサイトのTeの一部がSeで置換され、6cサイトにもSeが位置する結晶構造をもつ六方晶系の熱電材料が得られる。これにより、結晶構造を歪ませることができるため、熱電材料の比抵抗ρを増加させずに熱伝導率κを低くすることができる。 In the manufacturing method of the thermoelectric material of the present embodiment, the composition includes at least one element selected from the group consisting of Bi and Sb and two or more elements selected from the group consisting of Te, Se, and S. The foil piece and / or the powder obtained by rapidly solidifying the raw material of the above by rapidly cooling and solidifying the raw material at a cooling rate of 1 × 10 3 K / second or more by the liquid quenching method is solidified and formed by heating in a short time. A part of Te is replaced with Se, and a hexagonal thermoelectric material having a crystal structure in which Se is also located at the 6c site is obtained. Thereby, since the crystal structure can be distorted, the thermal conductivity κ can be lowered without increasing the specific resistance ρ of the thermoelectric material.

なお、本実施形態の熱電材料の製造方法においては、液体急冷法により作製した箔片及び/又は粉末を、マイクロ波焼結法、通電加熱焼結法及び放電プラズマ焼結法等により固化成形しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、液体急冷法により作製した箔片を固化成形せずに、そのままモジュール化してもよい。また、液体急冷法以外に、熱電材料のインゴットをアーク溶解した後急冷しても、6cサイトのTeの一部がSeで置換された結晶構造をもつ六方晶系の熱電材料が得られる。   In the method for producing the thermoelectric material of the present embodiment, the foil pieces and / or powders produced by the liquid quenching method are solidified and formed by a microwave sintering method, an electric heating sintering method, a discharge plasma sintering method, or the like. However, the present invention is not limited to this, and the foil piece produced by the liquid quenching method may be modularized as it is without being solidified. In addition to the liquid quenching method, a hexagonal thermoelectric material having a crystal structure in which a part of Te at the 6c site is replaced with Se can be obtained by arc-melting an ingot of a thermoelectric material.

次に、本発明の第3の実施形態に係る熱電モジュールについて説明する。本実施形態の熱電モジュールは、前述の第1の実施形態の熱電材料かならなる複数の熱電素子を、セラミックス等の絶縁材料からなり表面に電極が形成された基板上に搭載したものである。本実施形態の熱電モジュールに搭載される熱電素子としては、例えば前述の第2の実施形態の方法で固化成形された熱電材料から切り出されたもの、及び前述の条件で液体急冷法により急冷凝固して得た熱電材料箔片を所定の大きさに切断したもの等を使用することができる。   Next, a thermoelectric module according to the third embodiment of the present invention will be described. The thermoelectric module of the present embodiment is obtained by mounting a plurality of thermoelectric elements made of the thermoelectric material of the first embodiment on a substrate made of an insulating material such as ceramics and having electrodes formed on the surface. As the thermoelectric element mounted on the thermoelectric module of this embodiment, for example, a thermoelectric material cut out from the thermoelectric material solidified and molded by the method of the second embodiment described above, and rapidly solidified by the liquid quenching method under the aforementioned conditions. A thermoelectric material foil piece obtained by cutting into pieces of a predetermined size can be used.

本実施形態の熱電モジュールにおいては、AをBi及びSbからなる群から選択された少なくとも1種の元素としたとき、ATeSe3−xで表される組成で、且つ6cサイトのTeの一部がSeで置換された結晶構造をもつ熱電材料を使用しているため、比抵抗ρ及び熱伝導率κが共に低く、熱電特性が優れた熱電モジュールが得られる。 In the thermoelectric module of the present embodiment, when A is at least one element selected from the group consisting of Bi and Sb, the composition is represented by A 2 Te x Se 3-x , and Te at 6c site. Since a thermoelectric material having a crystal structure in which a part of is substituted with Se is used, a thermoelectric module having both low specific resistance ρ and thermal conductivity κ and excellent thermoelectric characteristics can be obtained.

以下、本発明の実施例の効果について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。先ず、本発明の第1実施例として、前述の第2の実施形態の熱電材料の製造方法と同様の方法で、組成がBiTe2.7Se0.3であるインゴットを作製し、液体急冷法により箔片化し、6cサイトにおけるSe占有率が58%である液体急冷箔片を作製した。そして、この箔片を、直径が30mmの金型に充填し、冷間で98MPaの圧力を印加しながらプレスしてペレット化した。このペレットをマイクロ波焼成装置のチャンバー内に配置し、チャンバー内を1.33Pa(1×10−2Torr)以上の高真空に排気した後、Arガスで置換した。その後、マイクロ波焼結法により、周波数を28GHz、出力を2kWとし、450℃で5分間加熱して固化成形し、実施例1の熱電材料を作製した。また、マイクロ波焼結法により、周波数を2GHz、出力を5kWとし、500℃で4分間加熱して固化成形し、実施例2の熱電材料を作製した。更に、マイクロ波焼結法により、周波数を28GHz、出力を2kWとし、350℃で12分間加熱して固化成形し、実施例3の熱電材料を作製した。 Hereinafter, the effect of the Example of this invention is demonstrated compared with the comparative example which remove | deviates from the scope of the present invention. First, as a first example of the present invention, an ingot having a composition of Bi 2 Te 2.7 Se 0.3 is manufactured by the same method as the method for manufacturing the thermoelectric material of the second embodiment, and a liquid is prepared. A foil piece was obtained by a quenching method, and a liquid quenching foil piece having an Se occupation ratio of 58% at the 6c site was produced. And this foil piece was filled in the metal mold | die with a diameter of 30 mm, and it pressed and pelletized, applying the pressure of 98 Mpa in cold. This pellet was placed in a chamber of a microwave baking apparatus, and the inside of the chamber was evacuated to a high vacuum of 1.33 Pa (1 × 10 −2 Torr) or more, and then replaced with Ar gas. Then, the thermoelectric material of Example 1 was produced by microwave sintering method with a frequency of 28 GHz and an output of 2 kW, and heating and solidifying at 450 ° C. for 5 minutes. Moreover, the thermoelectric material of Example 2 was produced by microwave sintering method with a frequency of 2 GHz, an output of 5 kW, and heating at 500 ° C. for 4 minutes for solidification molding. Further, the thermoelectric material of Example 3 was produced by microwave sintering, with a frequency of 28 GHz, an output of 2 kW, and solidified by heating at 350 ° C. for 12 minutes.

次に、液体急冷法により作製した箔片を、直径が30mmでアルミナ製の型に充填して通電加熱装置のチャンバー内に配置し、チャンバー内を1.33Pa(1×10−2Torr)以上の高真空に排気した後、Arガスで置換した。そして、通電加熱焼結法により、SKD61鋼製の導電性パンチを使用し、98MPaの圧力を印加しながら、480℃の温度下で4分間加熱して固化成形し、実施例4の熱電材料を作製した。また、通電加熱焼結法により、98MPaの圧力を印加しながら、500℃の温度下で5分間加熱して固化成形し、実施例5の熱電材料を作製した。更に、通電加熱焼結法により、98MPaの圧力を印加しながら、350℃の温度下で15分間加熱して固化成形し、実施例6の熱電材料を作製した。更にまた、通電加熱焼結法により、98MPaの圧力を印加しながら、450℃の温度下で8分間加熱して固化成形し、実施例7の熱電材料を作製した。 Next, the foil piece produced by the liquid quenching method is filled in an alumina mold having a diameter of 30 mm and placed in a chamber of an electric heating device, and the inside of the chamber is 1.33 Pa (1 × 10 −2 Torr) or more. After evacuating to a high vacuum, Ar gas was substituted. Then, by using a conductive punch made of SKD61 steel and applying a pressure of 98 MPa, it was heated and solidified at a temperature of 480 ° C. for 4 minutes, and the thermoelectric material of Example 4 was obtained. Produced. In addition, the thermoelectric material of Example 5 was produced by heating and solidifying at 500 ° C. for 5 minutes while applying a pressure of 98 MPa by an electric heating and sintering method. Furthermore, the thermoelectric material of Example 6 was produced by heating and solidifying by heating at a temperature of 350 ° C. for 15 minutes while applying a pressure of 98 MPa by an electric heating and sintering method. Furthermore, the thermoelectric material of Example 7 was produced by heating and solidifying at 450 ° C. for 8 minutes while applying a pressure of 98 MPa by an electric heating and sintering method.

次に、液体急冷法により作製した箔片を、直径が30mmの金型に充填して放電プラズマ焼結機のチャンバー内に配置し、チャンバー内を1.33Pa(1×10−2Torr)以上の高真空に排気した後、Arガスで置換した。そして、放電プラズマ焼結法により、98MPaの圧力を印加しながら、460℃の温度下で5分間加熱して固化成形し、実施例8の熱電材料を作製した。また、放電プラズマ焼結法により、98MPaの圧力を印加しながら、500℃の温度下で5分間加熱して固化成形し、実施例9の熱電材料を作製した。また、放電プラズマ焼結法により、98MPaの圧力を印加しながら、460℃の温度下で15分間加熱して固化成形し、実施例10の熱電材料を作製した。 Next, the foil piece produced by the liquid quenching method is filled in a mold having a diameter of 30 mm and placed in a chamber of a discharge plasma sintering machine, and the inside of the chamber is 1.33 Pa (1 × 10 −2 Torr) or more. After evacuating to a high vacuum, Ar gas was substituted. Then, by applying a pressure of 98 MPa by the discharge plasma sintering method, the mixture was heated and solidified at a temperature of 460 ° C. for 5 minutes to produce a thermoelectric material of Example 8. Further, by applying a pressure of 98 MPa by a discharge plasma sintering method, it was heated and solidified at a temperature of 500 ° C. for 5 minutes to produce a thermoelectric material of Example 9. Further, by applying a pressure of 98 MPa by a discharge plasma sintering method, it was heated and solidified at a temperature of 460 ° C. for 15 minutes to produce a thermoelectric material of Example 10.

次に、組成がBiTe2.7Se0.3であるインゴットを、アーク溶解装置の水冷るつぼに充填し、チャンバー内を1.33Pa(1×10−2Torr)以上の高真空に排気した。そして、チャンバー内をArガスで置換し、650℃の温度条件下でインゴットをアーク溶解した後、水冷により溶融物全体を、冷却速度1×10K/秒で急冷し、実施例11の熱電材料を作製した。 Next, an ingot having a composition of Bi 2 Te 2.7 Se 0.3 is filled into a water-cooled crucible of an arc melting apparatus, and the inside of the chamber is evacuated to a high vacuum of 1.33 Pa (1 × 10 −2 Torr) or more. did. Then, the inside of the chamber was replaced with Ar gas, and the ingot was arc-melted under a temperature condition of 650 ° C., and then the entire melt was quenched by water cooling at a cooling rate of 1 × 10 2 K / sec. The material was made.

次に、前述の第2の実施形態の熱電材料の製造方法と同様の方法で、組成がBi0.4Sb1.6Te2.8Se0.2であるインゴットを作製し、液体急冷法により箔片化した。なお、この液体急冷箔片の6cサイトにおけるSe占有率は63%であった。そして、この箔片を、直径が30mmの金型に充填し、冷間で98MPaの圧力を印加しながらプレスしてペレット化した。このペレットをマイクロ波焼成装置のチャンバー内に配置し、チャンバー内を1.33Pa(1×10−2Torr)以上の高真空に排気した後、Arガスで置換した。その後、マイクロ波焼結法により、周波数を28GHz、出力を1kWとし、500℃で3分間加熱して固化成形し、実施例12の熱電材料を作製した。 Next, an ingot having a composition of Bi 0.4 Sb 1.6 Te 2.8 Se 0.2 is prepared by a method similar to the method for manufacturing the thermoelectric material of the second embodiment described above, and a liquid quenching method is performed. The foil was cut into pieces. In addition, the Se occupation rate in the 6c site of this liquid quenching foil piece was 63%. And this foil piece was filled in the metal mold | die with a diameter of 30 mm, and it pressed and pelletized, applying the pressure of 98 Mpa in cold. This pellet was placed in a chamber of a microwave baking apparatus, and the inside of the chamber was evacuated to a high vacuum of 1.33 Pa (1 × 10 −2 Torr) or more, and then replaced with Ar gas. Then, the thermoelectric material of Example 12 was produced by microwave sintering method with a frequency of 28 GHz, an output of 1 kW, and solidified by heating at 500 ° C. for 3 minutes.

次に、実施例で使用した箔片と同じ箔片を、マイクロ波焼結法により、前述の実施例と同様の方法で、周波数を2GHz、出力を5kWとし、450℃で10分間加熱して固化成形し、比較例1の熱電材料を作製した。また、液体急冷法により作製した箔片を、通電加熱焼結法により、98MPaの圧力を印加しながら、350℃の温度下で5分間加熱して固化成形し、比較例2の熱電材料を作製した。更に、通電加熱焼結法により、98MPaの圧力を印加しながら、350℃の温度下で20分間加熱して固化成形し、比較例5の熱電材料を作製した。   Next, the same foil piece as the foil piece used in the example was heated at 450 ° C. for 10 minutes at a frequency of 2 GHz, an output of 5 kW, by the same method as in the previous example, by the microwave sintering method. The thermoelectric material of Comparative Example 1 was produced by solidification molding. Further, the foil piece produced by the liquid quenching method was solidified by heating at 350 ° C. for 5 minutes while applying a pressure of 98 MPa by the electric heating sintering method, and the thermoelectric material of Comparative Example 2 was produced. did. Furthermore, the thermoelectric material of Comparative Example 5 was produced by heating and solidifying by heating at 350 ° C. for 20 minutes while applying a pressure of 98 MPa by an electric heating and sintering method.

次に、液体急冷法により作製した箔片を、ホットプレス法により、98MPaの圧力を印加しながら、460℃の温度下で5分間加熱して固化成形し、比較例3の熱電材料を作製した。また、ホットプレス法により、98MPaの圧力を印加しながら、460℃の温度下で60分間加熱して固化成形し、比較例4の熱電材料を作製した。なお、これら実施例1乃至12及び比較例1乃至5の熱電材料においては、熱伝導率κのうちキャリアによる成分κキャリアの効果を除去するため、比抵抗ρが1.0×10−5Ω・m程度になるように、キャリア濃度を調整している。 Next, the foil piece produced by the liquid quenching method was solidified by heating at a temperature of 460 ° C. for 5 minutes while applying a pressure of 98 MPa by a hot press method, and a thermoelectric material of Comparative Example 3 was produced. . In addition, the thermoelectric material of Comparative Example 4 was produced by heating and solidifying by heating at a temperature of 460 ° C. for 60 minutes while applying a pressure of 98 MPa by a hot press method. In the thermoelectric materials of Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 5, the specific resistance ρ is 1.0 × 10 −5 Ω in order to remove the effect of the component κ carrier due to the carrier in the thermal conductivity κ.・ The carrier concentration is adjusted to be about m.

次に、上述の方法で作製した実施例1、12、参考例2、3、4、5、6、7、8、9、10、11及び比較例1乃至5の熱電材料について、熱電物性及び6cサイトにおけるSeの占有率を調べた。その結果を下記表1及び表2に示す。なお、下記表1及び表2に示すSeの占有率はX線チャンネリング分光法により求めた。また、評価は、6cサイトにおけるSeの占有率が30原子%以上で且つ性能指数Zが3.0よりも大きいものを○、Se占有率が0よりも大きく且つ30原子%未満であり、性能指数Zが2.5よりも大きいものを△、Se占有率が0原子%又は性能指数Zが2.5よりも小さいもの場合を×とした。 Next, the thermoelectric properties and the thermoelectric materials of Examples 1 and 12, Reference Examples 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, and 11 and Comparative Examples 1 to 5 produced by the above-described method Se occupancy at the 6c site was examined. The results are shown in Tables 1 and 2 below. The Se occupancy shown in Tables 1 and 2 below was determined by X-ray channeling spectroscopy. In addition, the evaluation is that the Se occupancy at the 6c site is 30 atomic% or more and the figure of merit Z is larger than 3.0, the Se occupancy is larger than 0 and less than 30 atomic%. A case where the index Z was larger than 2.5 was evaluated as Δ, and a case where the Se occupation ratio was 0 atomic% or the performance index Z was smaller than 2.5 was evaluated as x.

Figure 0004479628
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Figure 0004479628
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上記表1に示すように、比較例1、2及び5の熱電材料は、作製条件が本発明の範囲を超えているため、6cサイトに位置するSeが全て3aサイトに再配列し、6cサイトにおけるSe含有率が0%であった。その結果、比較例1、2及び5の熱電材料は、熱伝導率κが高く、性能指数Zが低かった。また、ホットプレス法により短時間加熱で固化成形した比較例3の熱電材料は、Se占有率は高いが、焼結が不十分であるため密度が低く、比抵抗ρを低減することができなかった。その結果、比抵抗ρが高く、性能指数Zが低かった。更に、ホットプレス法により長時間加熱して固化成形した比較例4の熱電材料は、焼結度を向上させることができるため比抵抗ρを低減することはできたが、6cサイト位置していたSeが全て3aサイトに再配列し、6cサイトにおけるSe含有率が0%であった。その結果、熱伝導率κが高く、性能指数Zが低かった。   As shown in Table 1, since the thermoelectric materials of Comparative Examples 1, 2, and 5 have production conditions exceeding the scope of the present invention, all the Se located at the 6c site are rearranged at the 3a site. The Se content in was 0%. As a result, the thermoelectric materials of Comparative Examples 1, 2, and 5 had a high thermal conductivity κ and a low figure of merit Z. In addition, the thermoelectric material of Comparative Example 3 solidified and formed by heating for a short time by a hot press method has a high Se occupancy ratio, but has a low density because of insufficient sintering, and cannot reduce the specific resistance ρ. It was. As a result, the specific resistance ρ was high and the figure of merit Z was low. Furthermore, the thermoelectric material of Comparative Example 4 that was solidified by heating for a long time by the hot press method was able to improve the degree of sintering, so that the specific resistance ρ could be reduced, but it was located at the 6c site. All of the Se rearranged to the 3a site, and the Se content at the 6c site was 0%. As a result, the thermal conductivity κ was high and the figure of merit Z was low.

一方、上記表1及び表2に示すように、実施例1、12及び参考例2、3、4、5、6、7、8、9、10、11の熱電材料は、いずれも6cサイトにSeが配置されており、6cサイトのTeの一部がSeで置換された結晶構造であった。このため、比抵抗ρを増加させずに、熱伝導率κを低減することができた。その結果、性能指数Zが向上し、2.5を超えていた。特に、マイクロ波焼結法により焼結温度を450℃、焼結時間を5分間として固化成形した実施例1の熱電材料、通電加熱焼結法により焼結温度を480℃、焼結時間を4分間として固化成形した参考例4の熱電材料、放電プラズマ焼結法により焼結温度を460℃、焼結時間を5分間として固化成形した参考例8の熱電材料、アーク溶解法により固化成形した参考例11の熱電材料及びマイクロ波焼結法により焼結温度を500℃、焼結時間を3分間として固化成形した実施例12の熱電材料は、6cサイトにおけるSe含有率が30原子%よりも高くなり、性能指数Zが3.0を超えていた。 On the other hand, as shown in Table 1 and Table 2 above, the thermoelectric materials of Examples 1 and 12 and Reference Examples 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , and 11 are all on the 6c site. Se was arranged, and a crystal structure in which a part of Te at the 6c site was substituted with Se. For this reason, the thermal conductivity κ could be reduced without increasing the specific resistance ρ. As a result, the figure of merit Z was improved and exceeded 2.5. In particular, the thermoelectric material of Example 1 solidified and formed by a microwave sintering method with a sintering temperature of 450 ° C. and a sintering time of 5 minutes, a sintering temperature of 480 ° C. and a sintering time of 4 by an electric heating sintering method. solidified molded thermoelectric material of reference example 4 as between minute, spark plasma sintering 460 ° C. the sintering temperature by sintering method, the thermoelectric material of reference example 8 was solidified molded sintering time as 5 minutes, the reference solidified molded by arc melting method The thermoelectric material of Example 12, which was solidified and molded by the thermoelectric material of Example 11 and the microwave sintering method at a sintering temperature of 500 ° C. and a sintering time of 3 minutes, had a Se content higher than 30 atomic% at the 6c site. The figure of merit Z was over 3.0.

次に、本発明の第2実施例として、前述の第2の実施形態の熱電材料の製造方法と同様の方法で、組成がBiTe2.7Se0.3であるインゴットを作製し、液体急冷法により冷却速度を1×10K/秒以上にして箔片化し、実施例21の液体急冷箔片を作製した。また、実施例21と同じインゴットを使用し、液体急冷法により冷却速度を1×10K/秒未満にして、箔片化し、比較例22の液体急冷箔片を作製した。更に、実施例21の液体急冷箔片を、水素雰囲気中で、400℃の温度条件下で、10時間脱酸素処理を施して、比較例23の液体急冷箔片を作製した。そして、前述の第1実施例と同様の方法で、これらの液体急冷箔片の6cサイトにおけるSe占有率を測定したところ、実施例21は58%であったが、冷却速度が1×10K/秒未満であった比較例22は、28%であり、水素還元処理を施した比較例23は18%であった。 Next, as a second example of the present invention, an ingot having a composition of Bi 2 Te 2.7 Se 0.3 is manufactured by the same method as the method of manufacturing the thermoelectric material of the second embodiment described above, A liquid quenching method was performed to make a foil piece by setting the cooling rate to 1 × 10 3 K / second or more by a liquid quenching method. Moreover, the same ingot as Example 21 was used, the cooling rate was made into less than 1 * 10 < 3 > K / sec by the liquid quenching method, it was made into foil pieces, and the liquid quenching foil piece of the comparative example 22 was produced. Further, the liquid quenched foil piece of Example 21 was deoxygenated for 10 hours under a temperature condition of 400 ° C. in a hydrogen atmosphere to prepare a liquid quenched foil piece of Comparative Example 23. And when the Se occupation rate in 6c site of these liquid quenching foil pieces was measured by the method similar to the above-mentioned 1st Example, Example 21 was 58%, but the cooling rate was 1 * 10 <3>. The comparative example 22 which was less than K / sec was 28%, and the comparative example 23 which performed the hydrogen reduction process was 18%.

次に、本発明の第3実施例として、液体急冷法により作製した箔片をモジュール化し、その特性を評価した。具体的には、前述の第2の実施形態の熱電材料の製造方法と同様の方法で、組成がBiTe2.7Se0.3であるインゴットを作製し、液体急冷法により冷却速度を1×10K/秒以上にして箔片化してn型熱電材料箔片を作製した。また、同様の方法で、組成がBi0.4Sb1.6Te2.9Se0.1であるp型熱電材料箔片を作製した。これらn型及びp型熱電材料箔片の厚さは、共に10μmであった。次に、このn型及びp型熱電材料箔片を、ダイシング切断機により、縦100μm、横100μmに切断した。そして、この切断された熱電材料箔片を、厚さが0.1mmのアルミナ基板上に形成され、表面にはんだが塗布されている電極上に実装した。更に、このアルミナ基板上に実装されたn型及びp型熱電材料箔片上に、表面にはんだが塗布されている電極が形成された厚さが0.1mmのアルミナ基板を、はんだ面が熱電材料箔片側になるように配置した後、加熱プレスし、はんだを介してn型及びp型熱電材料箔片と電極とを接合し、実施例31の熱電モジュールを作製した。なお、この熱電モジュールにおける横断面サイズ(基板サイズ)は、縦2.6mm、横2.6mmであった。 Next, as a third example of the present invention, a foil piece produced by a liquid quenching method was modularized and its characteristics were evaluated. Specifically, an ingot having a composition of Bi 2 Te 2.7 Se 0.3 is produced by a method similar to the method for producing the thermoelectric material of the second embodiment described above, and the cooling rate is increased by a liquid quenching method. An n-type thermoelectric material foil piece was produced by making a foil piece at 1 × 10 3 K / second or more. Further, a p-type thermoelectric material foil piece having a composition of Bi 0.4 Sb 1.6 Te 2.9 Se 0.1 was produced by the same method. The thicknesses of these n-type and p-type thermoelectric material foil pieces were both 10 μm. Next, the n-type and p-type thermoelectric material foil pieces were cut into a length of 100 μm and a width of 100 μm using a dicing cutter. Then, the cut thermoelectric material foil piece was mounted on an electrode formed on an alumina substrate having a thickness of 0.1 mm and having a surface coated with solder. Furthermore, an alumina substrate having a thickness of 0.1 mm in which an electrode having solder applied to the surface is formed on the n-type and p-type thermoelectric material foil pieces mounted on the alumina substrate, and the solder surface is a thermoelectric material. After arrange | positioning so that it might become the foil piece side, it heat-pressed, the n-type and p-type thermoelectric material foil piece, and the electrode were joined via the solder, and the thermoelectric module of Example 31 was produced. In addition, the cross-sectional size (substrate size) in this thermoelectric module was 2.6 mm in length and 2.6 mm in width.

また、本実施例の比較例として、実施例31と同様の方法で作製したn型及びp型熱電材料箔片を、Ar雰囲気中で、400℃の温度条件下で20時間熱処理したものを、実施例31と同様の方法でアルミナ基板上に実装し、比較例32の熱電モジュールを作製した。なお、この熱電モジュールにおける横断面サイズ(基板サイズ)も、前述の実施例31と同様に、縦2.6mm、横2.6mmとした。   In addition, as a comparative example of this example, n-type and p-type thermoelectric material foil pieces produced by the same method as in Example 31 were heat-treated for 20 hours under a temperature condition of 400 ° C. in an Ar atmosphere. The thermoelectric module of Comparative Example 32 was fabricated by mounting on an alumina substrate in the same manner as in Example 31. In addition, the cross-sectional size (substrate size) in this thermoelectric module was 2.6 mm in length and 2.6 mm in width as in Example 31 described above.

次に、実施例31の熱電モジュール及び比較例32の熱電モジュールについて、n型熱電材料箔片の6cにおけるSe占有率、温度差ΔT及び放熱側基板の温度(Th)を27℃に固定したときの最大吸熱量Qmaxを測定した。その際、各熱電材料箔片のSe占有率は、X線チャンネリング分光法により求めた。また、図8は温度差ΔTの測定方法を模式的に示す断面図であり、図9は最大吸熱量Qmaxの測定方法を模式的に示す断面図である。図8に示すように、温度差ΔTの測定では、排熱用ヒートシンク2上に温調用ペルチェモジュール3及び銅板4をこの順に配置し、その上に測定対象の熱電モジュール1を放熱側基板が下側になるようにして配置した。更に、熱電モジュール1の吸熱側基板上に銅板5を配置し、銅板4及び銅板5の略中心部分に夫々放熱側基板温度(Th)測定用熱電対6及び吸熱側基板温度(Tc)測定用熱電対7を取り付けた。そして、温調用ペルチェモジュール3により放熱側基板温度Thを100℃に維持しながら、熱電モジュール1に電流を流し、吸熱側基板温度Tcを測定し、放熱側基板温度と吸熱側基板温度との差(Th−Tc)の最大値を温度差ΔTとした。 Next, with respect to the thermoelectric module of Example 31 and the thermoelectric module of Comparative Example 32, when the Se occupancy, the temperature difference ΔT, and the temperature (Th) of the heat radiation side substrate in 6c of the n-type thermoelectric material foil piece were fixed at 27 ° C. The maximum endothermic amount Q max of was measured. At that time, the Se occupation ratio of each thermoelectric material foil piece was determined by X-ray channeling spectroscopy. FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a method for measuring the temperature difference ΔT, and FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing a method for measuring the maximum heat absorption amount Qmax . As shown in FIG. 8, in the measurement of the temperature difference ΔT, the temperature adjusting Peltier module 3 and the copper plate 4 are arranged in this order on the exhaust heat sink 2, and the thermoelectric module 1 to be measured is placed on the heat dissipation side substrate on it. Arranged to be on the side. Further, the copper plate 5 is disposed on the heat absorption side substrate of the thermoelectric module 1, and the heat radiation side substrate temperature (Th) measurement thermocouple 6 and the heat absorption side substrate temperature (Tc) measurement are respectively provided at the substantially central portions of the copper plate 4 and the copper plate 5. A thermocouple 7 was attached. Then, while maintaining the heat dissipation side substrate temperature Th at 100 ° C. by the temperature control Peltier module 3, current is passed through the thermoelectric module 1, the heat absorption side substrate temperature Tc is measured, and the difference between the heat dissipation side substrate temperature and the heat absorption side substrate temperature is measured. The maximum value of (Th−Tc) was defined as the temperature difference ΔT.

図9に示すように、最大吸熱量Qmaxの測定では、排熱用ヒートシンク2上に温調用ペルチェモジュール3及び銅板4をこの順に配置し、その上に測定対象の熱電モジュール1を放熱側基板が下側になるようにして配置した後、熱電モジュール1の吸熱側基板上に銅板5及びヒーター8をこの順に配置し、銅板4及び銅板5に夫々放熱側基板温度(Th)測定用熱電対6及び吸熱側基板温度(Tc)測定用熱電対7を取り付けた。その後、ヒーター8に電力を投入して発熱させ、温調用ペルチェモジュール3により放熱側基板温度Th及び吸熱側基板温度Tcを27℃に維持しながら、熱電モジュール1に電流を流した。そして、ヒーター8の出力を徐々に増加させながら、熱電モジュール1に流す電流を増やし、放熱側基板温度Thと吸熱側基板温度Tcとが同じになるように調節した。その結果、熱電モジュール1に流す電流を増加させても、放熱側基板温度Thと吸熱側基板温度Tcとが同じにならなくなったときのヒーター8の出力を最大吸熱量最大吸熱量Qmaxとした。 As shown in FIG. 9, in the measurement of the maximum heat absorption amount Qmax , the temperature adjusting Peltier module 3 and the copper plate 4 are arranged in this order on the heat sink 2 for exhaust heat, and the thermoelectric module 1 to be measured is placed on the heat dissipation side substrate. Are arranged in such a manner that the copper plate 5 and the heater 8 are arranged in this order on the heat absorption side substrate of the thermoelectric module 1, and the heat radiation side substrate temperature (Th) measurement thermocouples are arranged on the copper plate 4 and the copper plate 5, respectively. 6 and an endothermic substrate temperature (Tc) measuring thermocouple 7 were attached. Thereafter, electric power was supplied to the heater 8 to generate heat, and a current was passed through the thermoelectric module 1 while the temperature adjusting Peltier module 3 maintained the heat radiation side substrate temperature Th and the heat absorption side substrate temperature Tc at 27 ° C. Then, while gradually increasing the output of the heater 8, the current passed through the thermoelectric module 1 was increased, and the heat dissipation side substrate temperature Th and the heat absorption side substrate temperature Tc were adjusted to be the same. As a result, even when the current flowing through the thermoelectric module 1 is increased, the output of the heater 8 when the heat-dissipation-side substrate temperature Th and the heat-absorption-side substrate temperature Tc are not the same is set as the maximum heat absorption amount and the maximum heat absorption amount Qmax . .

Figure 0004479628
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上記表3に示すように、液体急冷法により作製した箔片をそのままモジュール化した実施例31は、n型熱電材料箔片の6cサイトにおけるSe占有率が62%と高く、TeとSeとが図1に示す状態のように区別無く置換されているため、液体急冷箔片に熱処理を施したn型熱電材料箔片を使用した比較例32のモジュールに比べて、温度差ΔT及び最大吸熱量Qmax共に優れていた。 As shown in Table 3 above, in Example 31 in which the foil piece produced by the liquid quenching method was modularized as it was, the Se occupancy rate at the 6c site of the n-type thermoelectric material foil piece was as high as 62%, and Te and Se were Since it is replaced without distinction as in the state shown in FIG. 1, the temperature difference ΔT and the maximum heat absorption amount are compared with the module of Comparative Example 32 using an n-type thermoelectric material foil piece obtained by heat-treating the liquid quenched foil piece. Both Q max were excellent.

更に、基板の厚さを0.2mmとし、それ以外は実施例31の熱電モジュールと同じ方法及び条件で実施例33の熱電モジュールを作製した。そして、これら実施例31及び実施例33の熱電モジュール、並びに比較例34として従来の汎用型の熱電モジュールについて、温度差ΔT及び放熱側基板の温度(Th)を27℃に固定したときの最大吸熱量Qmaxを測定した。なお、比較例34の従来の汎用型の熱電モジュールにおける断面サイズは、縦2.6mm、横2.6mmであった。また、温度差ΔT及び最大吸熱量Qmaxは、基板と銅板とをはんだで接合した場合(グリース無)と、基板外面に厚さが20μmになるようにグリースを塗布し、その上に銅板を配置した場合(グリース有)との2通りの方法で測定した。以上の結果を下記表4に示す。



Further, the thermoelectric module of Example 33 was manufactured by the same method and conditions as those of the thermoelectric module of Example 31 except that the thickness of the substrate was 0.2 mm. For the thermoelectric modules of Examples 31 and 33 and the conventional general-purpose thermoelectric module as Comparative Example 34, the maximum absorption when the temperature difference ΔT and the temperature (Th) of the heat radiation side substrate are fixed at 27 ° C. The amount of heat Q max was measured. The cross-sectional size of the conventional general-purpose thermoelectric module of Comparative Example 34 was 2.6 mm in length and 2.6 mm in width. The temperature difference ΔT and the maximum heat absorption amount Q max are as follows. When the substrate and the copper plate are joined with solder (no grease), grease is applied to the outer surface of the substrate so that the thickness is 20 μm, and the copper plate is placed thereon. The measurement was carried out by two methods for the case of placement (with grease). The above results are shown in Table 4 below.



Figure 0004479628
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上記表4に示すように、実施例31及び実施例33の熱電モジュールは、n型熱電材料及びp型熱電材料の厚さが薄いため、比較例34の従来の熱電モジュールに比べて温度差ΔTは小さいが、最大吸熱量Qmaxは比較例34の熱電モジュールに比べて極めて大きかった。但し、熱流を阻害する要因となるため、基板の厚さは薄い方が好ましく、また、n型及びp型熱電材料を実装する際にグリースは使用しない方が好ましい。 As shown in Table 4 above, the thermoelectric modules of Example 31 and Example 33 have a temperature difference ΔT compared to the conventional thermoelectric module of Comparative Example 34 because the n-type thermoelectric material and the p-type thermoelectric material are thin. However, the maximum heat absorption amount Q max was extremely large as compared with the thermoelectric module of Comparative Example 34. However, since it becomes a factor that hinders heat flow, it is preferable that the thickness of the substrate is thin, and it is preferable not to use grease when mounting the n-type and p-type thermoelectric materials.

本発明は、小型冷蔵庫及び温度調整器等に使用されるペルチェモジュール用として好適である。   The present invention is suitable for Peltier modules used in small refrigerators, temperature controllers, and the like.

本発明の第1の実施形態の熱電材料の結晶構造の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the crystal structure of the thermoelectric material of the 1st Embodiment of this invention. BiTeの結晶構造を示す図である。Is a diagram showing the crystal structure of Bi 2 Te 3. BiTeSeの結晶構造を示す図である。It is a diagram showing the crystal structure of Bi 2 Te 2 Se. 横軸にTe量をとり、縦軸に熱伝導率κのうち格子振動(フォノン)による成分κphをとって、Se置換量と格子熱伝導率κphとの関係を示すグラフ図である。Take Te amount on the horizontal axis, the lattice vibration of the thermal conductivity kappa vertical axis (phonons) taking component kappa ph by a graph showing the relationship between Se substitution amount and the lattice thermal conductivity kappa ph. 本発明の第2実施形態の熱電材料の製造方法を示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the manufacturing method of the thermoelectric material of 2nd Embodiment of this invention. 図1に示す熱電材料のSeが再配列した場合の結晶構造を示す図である。It is a figure which shows the crystal structure when Se of the thermoelectric material shown in FIG. 1 rearranges. 横軸に焼結時間をとり、縦軸に焼結温度をとって、固化成形条件と性能指数Zとの関係を示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between solidification molding conditions and the figure of merit Z, taking the sintering time on the horizontal axis and the sintering temperature on the vertical axis. 温度差ΔTの測定方法を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the measuring method of temperature difference (DELTA) T. 最大吸熱量Qmaxの測定方法を模式的に示す断面図である。The method of measuring the maximum heat absorption amount Q max is a cross-sectional view schematically showing.

符号の説明Explanation of symbols

1;熱電モジュール 2;排熱用ヒートシンク 3;温調用ペルチェモジュール 4、5;銅板 6、7;熱電対 8;ヒーター   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1; Thermoelectric module 2; Heat sink for waste heat 3; Peltier module for temperature control 4, 5; Copper plate 6, 7; Thermocouple 8;

Claims (3)

AをBi及びSbからなる群から選択された少なくとも1種の元素としたとき、ATeSe3−xで表される組成を有する六方晶系の熱電材料において、マイクロ波焼結法により固化成形され、6cサイトのTeの一部がSeで置換され、Seが6cサイトと3aサイトに存在する結晶構造を有し、全Se量に対して、6cサイトに位置しているSeの割合が51原子%以上であることを特徴とする熱電材料。 When A is at least one element selected from the group consisting of Bi and Sb, a hexagonal thermoelectric material having a composition represented by A 2 Te x Se 3-x is obtained by a microwave sintering method. Percentage of Se which is solidified and has a crystal structure in which part of Te at 6c site is replaced by Se, Se is present at 6c site and 3a site, and is located at 6c site with respect to the total amount of Se Is a thermoelectric material characterized in that it is 51 atomic% or more. AをBi及びSbからなる群から選択された少なくとも1種の元素としたとき、ATeSe3−xで表される組成の粉末及び/又は箔片を液体急冷法により冷却速度を1×10K/秒以上にして作製する工程と、前記粉末及び/又は箔片を、焼結時間をt(分)とし、焼結温度をT(℃)としたとき、下記数式で表される条件で、マイクロ波焼結法により固化成形する工程と、を有し、請求項1に記載の熱電材料を製造することを特徴とする熱電材料の製造方法。
−25×t+575≦T<−18.8×t+578.1
When A is at least one element selected from the group consisting of Bi and Sb, the cooling rate of powder and / or foil pieces having the composition represented by A 2 Te x Se 3-x is set to 1 by the liquid quenching method. X10 3 K / second or more of the process and the powder and / or the foil piece are expressed by the following formula when the sintering time is t (minutes) and the sintering temperature is T (° C.). And a step of solidifying and molding by a microwave sintering method under the condition of manufacturing the thermoelectric material according to claim 1.
−25 × t + 575 ≦ T <−18.8 × t + 578.1
請求項1に記載の熱電材料が組み込まれていることを特徴とする熱電モジュール。 A thermoelectric module in which the thermoelectric material according to claim 1 is incorporated.
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