JP7217547B2 - 熱電性能が高いｎ型Ｍｇ３Ｓｂ２ベース材料を迅速に製造する方法 - Google Patents
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Description
本発明は、新しいエネルギ材料の技術分野に関し、具体的には、熱電性能が高いｎ型Ｍｇ3Ｓｂ2ベース材料を迅速に製造する方法に関する。
熱電材料は、材料内部のキャリア（電子又は正孔）とフォノンの輸送を利用して、電気エネルギと熱エネルギの相互変換を実現する新しい機能材料である。熱電変換技術は、汚染がなく、機械的可動部品がなく、騒音が発生せず、信頼性が高いなどという利点を有し、グリーンで環境に優しいエネルギ技術である。現在、熱電変換デバイスは、主に産業排熱、環境エネルギ回収、温度差熱電発電及び熱電冷凍などの面に応用される。例えば、温度差発電は、現在、主に航空宇宙、深海探査、工場廃熱回収及び高山極地探査などの分野に応用され、熱電冷凍は、主にいくつかのマイクロ冷凍デバイスに応用される。熱電材料の性能は、一般的には、無次元熱電性能指数（ＺＴ）によって測定され、ＺＴ値は式ＺＴ＝Ｓ2σＴ／によって表され、Ｓ、σ、Ｔ、κは、それぞれＳｅｅｂｅｃｋ係数、導電率、絶対温度、及び熱伝導率である。現在、従来の熱機関のエネルギ変換効率は３５％であるのに対し、熱電材料のエネルギ変換効率は６～１０％に過ぎないことは、熱電材料の大規模な応用を大きく制約する。１９９０年代、Ｓｌａｃｋらは、熱電材料に「フォノンガラス－電子結晶」という理想的な概念を提案し、優れた熱電材料はガラスと同様の低い熱伝導率と、結晶の良好な導電率とを備えるべきであることを示す。この概念の提案は、後続の充填スクッテルド鉱、かご状化合物などの特別なかご状構造を有する高性能熱電材料の発見を啓発した。２１世紀の後、いくつかの熱電輸送の新しい理論及び新しいメカニズムの提案は、熱電材料の更なる発展を促進し、いくつかの熱電システムのＺＴ値は、ひいては２を突破した。現在、主な熱電材料体系は、Ｂｉ2Ｔｅ3ベース合金、酸化物熱電材料、かご状構造化合物、二次元層状熱電材料、Ｈａｌｆ－Ｈｅｕｓｌｅｒ合金及びＺｉｎｔｌ相化合物などを有する。Ｍｇ3Ｓｂ2ベース熱電材料は、Ｚｉｎｔｌ相化合物に属し、キャリア移動度が高く、固有格子熱伝導率が低く、「フォノンガラス－電子結晶」の輸送特性を備え、応用の将来性が高い熱電材料である。
本発明の目的は、原料組成がＭｇ3.2-xＹxＳｂ1.5Ｂｉ0.5-yＳｅyであり、ｘ＝０～０．１、ｙ＝０～０．１、ｘ、ｙが原子パーセンテージを表し、選択された原料価格が低く、一段階ボールミル法により、ｎ型Ｍｇ3Ｓｂ2ベース熱電材料を迅速かつ高効率で、省エネルギで、低コストで製造することができ、製造方法が簡単で、グリーンで環境に優しく、純相のｎ型Ｍｇ3Ｓｂ2ベース熱電材料を大規模に迅速に製造することができ、該材料は、再現性が高く、熱安定性に優れ、０．９０Ｗｍ-1Ｋ-1の最低熱伝導率値を有し、６２３Ｋの時に２４５１．７０μＷｍ-1Ｋ-2の最高電力因子を有し、現在の該システムの最高値となり、最高熱電性能指数ＺＴ＝１．８であり、現在の該システムの最大値の１つとなり、従来の高温溶融と二段階高エネルギボールミル法におけるＭｇ元素が揮発し、固相反応封管条件が複雑で、製造過程と時間が長いという問題を解決する熱電性能が高いｎ型Ｍｇ3Ｓｂ2ベース熱電材料及びその製造方法を提供することである。
本発明は、以下の技術的解決手段によって実現される：
熱電性能が高いｎ型Ｍｇ3Ｓｂ2ベース熱電材料であって、原料組成がＭｇ3.2-xＹxＳｂ1.5Ｂｉ0.5-yＳｅyであり、ｘ＝０～０．１、ｙ＝０～０．１、ｘ、ｙが原子パーセンテージを表す。
好ましくは、ｘ＝０．０１－０．０７、ｙ＝０．０１－０．０７の時、材料の熱電性能が向上する。
最も好ましくは、ｘ＝０．０２、ｙ＝０．０１の時、得られたｎ型Ｍｇ3Ｓｂ2熱電材料のＺＴ値は、７２３Ｋの時に１．８である。
前記熱電性能が高いｎ型Ｍｇ3Ｓｂ2ベース熱電材料の製造方法は、
高純度アルゴンの雰囲気の中で、化学組成Ｍｇ3.2-xＹxＳｂ1.5Ｂｉ0.5-yＳｅyの化学計量比で、マグネシウム粉、アンチモン粉、ビスマス粉、イットリウム粉、セレン粉を順次計量するステップ（１）と、
高純度アルゴンの保護下で、計量された粉末をボールミルし、ボールミル機の回転速度が３００～６００ｒ／ｍｉｎで、ボールミル時間が３～８ｈで、ボールミルした後に、均一に混合され、直径が５００ｎｍ～１μｍの粉末サンプルを得るステップ（２）と、
ステップ（２）で得られた粉末を直径が１５ｍｍのグラファイト金型に入れ、真空中で放電プラズマ焼結を経て、焼結の昇温速度が５０～２００℃／ｍｉｎであり、５００℃～８００℃、２０ＭＰａ～６０ＭＰａで、５～１５ｍｉｎ保温し、純相のｎ型Ｍｇ3Ｓｂ2ベース熱電材料を得るステップ（３）と、を含む。
高純度アルゴンの雰囲気の中で、化学組成Ｍｇ3.2-xＹxＳｂ1.5Ｂｉ0.5-yＳｅyの化学計量比で、マグネシウム粉、アンチモン粉、ビスマス粉、イットリウム粉、セレン粉を順次計量するステップ（１）と、
高純度アルゴンの保護下で、計量された粉末をボールミルし、ボールミル機の回転速度が３００～６００ｒ／ｍｉｎで、ボールミル時間が３～８ｈで、ボールミルした後に、均一に混合され、直径が５００ｎｍ～１μｍの粉末サンプルを得るステップ（２）と、
ステップ（２）で得られた粉末を直径が１５ｍｍのグラファイト金型に入れ、真空中で放電プラズマ焼結を経て、焼結の昇温速度が５０～２００℃／ｍｉｎであり、５００℃～８００℃、２０ＭＰａ～６０ＭＰａで、５～１５ｍｉｎ保温し、純相のｎ型Ｍｇ3Ｓｂ2ベース熱電材料を得るステップ（３）と、を含む。
好ましくは、ステップ（１）における原料は、純度が９９．９９９％の高純度アルゴンを充満したグローブボックス内で計量する。
好ましくは、ステップ（２）は、高純度アルゴンの保護下でボールミルし、ボール材料比が１５：１であり、ボールミル機の回転速度が５５０ｒ／ｍｉｎであり、ボールミル時間が５ｈであり、ボールミルの方式は、３０ｍｉｎ正回転する毎に、５ｍｉｎ停止し、続いて３０ｍｉｎ逆回転する毎に、５ｍｉｎ停止することである。
好ましくは、ステップ（３）では、昇温速度が５０℃／ｍｉｎであり、６５０℃、５０Ｍｐａで、１０ｍｉｎ保温する。
本発明の有益な効果は以下のとおりである：
１）本発明で製造されたｎ型Ｍｇ3Ｓｂ2ベース熱電材料は、現在市販されているＢｉ2Ｔｅ3ベース材料と比較して、原料コストが低いという特徴を有し、且つ一段階ボールミル法により、ｎ型Ｍｇ3Ｓｂ2ベース熱電材料を迅速かつ高効率で、省エネルギで、低コストで製造することができ、製造過程での操作が簡単で、省エネルギで環境に優しく、純相のｎ型Ｍｇ3Ｓｂ2ベース熱電材料を大規模に製造することができる。
２）本発明で製造されたｎ型Ｍｇ3Ｓｂ2ベース熱電材料は、高純度、高結晶度の利点を有し、再現性が高く、熱安定性と機械的強度に優れ、最高電力因子が２４５１．７０μＷｍ-1Ｋ-2であり、現在の該システムの最高値となり、７２３Ｋの時に、最高ＺＴが１．８であり、現在の該システムの最高値の１つとなる。
３）本発明で製造されたｎ型Ｍｇ3Ｓｂ2ベース熱電材料は、放電プラズマ焼結を採用し、純相のＭｇ3Ｓｂ2ベース熱電材料を迅速に合成することに成功し、従来の高温溶解と二段階高エネルギボールミル法におけるＭｇ元素が揮発し、封管条件が複雑で、不純物含有量が高く、高エネルギボールミルの価格が高いなどという欠点を回避する。
４）本発明で製造されたｎ型Ｍｇ3Ｓｂ2ベース熱電材料は、微細構造（ナノ結晶粒及びナノ層状構造）を導入し、７２３Ｋの時に、０．９０Ｗｍ-1Ｋ-1の最低熱伝導率値を有し、現在の該システムの最低値となる。
１）本発明で製造されたｎ型Ｍｇ3Ｓｂ2ベース熱電材料は、現在市販されているＢｉ2Ｔｅ3ベース材料と比較して、原料コストが低いという特徴を有し、且つ一段階ボールミル法により、ｎ型Ｍｇ3Ｓｂ2ベース熱電材料を迅速かつ高効率で、省エネルギで、低コストで製造することができ、製造過程での操作が簡単で、省エネルギで環境に優しく、純相のｎ型Ｍｇ3Ｓｂ2ベース熱電材料を大規模に製造することができる。
２）本発明で製造されたｎ型Ｍｇ3Ｓｂ2ベース熱電材料は、高純度、高結晶度の利点を有し、再現性が高く、熱安定性と機械的強度に優れ、最高電力因子が２４５１．７０μＷｍ-1Ｋ-2であり、現在の該システムの最高値となり、７２３Ｋの時に、最高ＺＴが１．８であり、現在の該システムの最高値の１つとなる。
３）本発明で製造されたｎ型Ｍｇ3Ｓｂ2ベース熱電材料は、放電プラズマ焼結を採用し、純相のＭｇ3Ｓｂ2ベース熱電材料を迅速に合成することに成功し、従来の高温溶解と二段階高エネルギボールミル法におけるＭｇ元素が揮発し、封管条件が複雑で、不純物含有量が高く、高エネルギボールミルの価格が高いなどという欠点を回避する。
４）本発明で製造されたｎ型Ｍｇ3Ｓｂ2ベース熱電材料は、微細構造（ナノ結晶粒及びナノ層状構造）を導入し、７２３Ｋの時に、０．９０Ｗｍ-1Ｋ-1の最低熱伝導率値を有し、現在の該システムの最低値となる。
以下は、本発明を限定するものではなく、本発明に対する更なる説明である。
例１：
（１）原料マグネシウム粉、アンチモン粉、ビスマス粉、セレン粉を、純度が９９．９９９％の高純度アルゴンを充満したグローブボックスに、化学組成Ｍｇ3.2-xＹxＳｂ1.5Ｂｉ0.5-yＳｅy（ｘ＝０、ｙ＝０．０１）の化学計量比で順次計量し、ステンレス製ボールミルポットに入れ、ボール材料比が１５：１である。
（１）原料マグネシウム粉、アンチモン粉、ビスマス粉、セレン粉を、純度が９９．９９９％の高純度アルゴンを充満したグローブボックスに、化学組成Ｍｇ3.2-xＹxＳｂ1.5Ｂｉ0.5-yＳｅy（ｘ＝０、ｙ＝０．０１）の化学計量比で順次計量し、ステンレス製ボールミルポットに入れ、ボール材料比が１５：１である。
（２）ボールミルポットを遊星ボールミルに装着し、アルゴンの保護下で１ｈボールミルし、粒径が５００ｎｍ～１μｍの粉末を得て、ボールミル機の回転速度が３００ｒ／ｍｉｎであり、ボールミルの方式は、３０ｍｉｎ正回転する毎に、５ｍｉｎ停止し、続いて３０ｍｉｎ逆回転する毎に、５ｍｉｎ停止することである。
（３）ステップ（２）で得られた粉末を直径が１５ｍｍのグラファイト金型に入れ、放電プラズマ焼結温度を５５０℃にし、昇温速度を１００℃／ｍｉｎにし、圧力を２０Ｍｐａにし、５ｍｉｎ保温する。
本実施例で製造されたサンプルの最高電力因子は１４６３．２５μＷｍ-1Ｋ-2であり、最低熱伝導率は１．０３Ｗｍ-1Ｋ-1であり、熱電性能指数ＺＴ＝０．９９である。
本実施例で製造されたサンプルの最高電力因子は１４６３．２５μＷｍ-1Ｋ-2であり、最低熱伝導率は１．０３Ｗｍ-1Ｋ-1であり、熱電性能指数ＺＴ＝０．９９である。
例２：
実施例１を参照すると、ステップ（２）では、ボールミル機の回転速度が６００ｒ／ｍｉｎであり、ステップ（３）では、放電プラズマ焼結温度を７５０℃にし、昇温速度を１５０℃／ｍｉｎにし、圧力を４０Ｍｐａにし、５ｍｉｎ保温するという点で異なる。
実施例１を参照すると、ステップ（２）では、ボールミル機の回転速度が６００ｒ／ｍｉｎであり、ステップ（３）では、放電プラズマ焼結温度を７５０℃にし、昇温速度を１５０℃／ｍｉｎにし、圧力を４０Ｍｐａにし、５ｍｉｎ保温するという点で異なる。
本実施例で製造されたサンプルの最高電力因子は１４７８．１４μＷｍ-1Ｋ-2であり、最低熱伝導率は１．０１Ｗｍ-1Ｋ-1であり、熱電性能指数ＺＴ＝０．９８である。
例３：
実施例１を参照すると、ステップ（２）では、ボールミル機の回転速度が５５０ｒ／ｍｉｎであり、ステップ（３）では、放電プラズマ焼結温度を６５０℃にし、昇温速度を５０℃／ｍｉｎにし、圧力を５０Ｍｐａにし、１０ｍｉｎ保温するという点で異なる。
実施例１を参照すると、ステップ（２）では、ボールミル機の回転速度が５５０ｒ／ｍｉｎであり、ステップ（３）では、放電プラズマ焼結温度を６５０℃にし、昇温速度を５０℃／ｍｉｎにし、圧力を５０Ｍｐａにし、１０ｍｉｎ保温するという点で異なる。
本実施例で製造されたサンプルの最高電力因子は１８４３．２０μＷｍ-1Ｋ-2であり、最低熱伝導率は０．９９Ｗｍ-1Ｋ-1であり、熱電性能指数ＺＴ＝１．２５である。
例４：
実施例３を参照すると、ステップ（１）では、原料マグネシウム粉、アンチモン粉、ビスマス粉、イットリウム粉、セレン粉を、純度が９９．９９９％の高純度アルゴンを充満したグローブボックスに、化学組成Ｍｇ3.2-xＹxＳｂ1.5Ｂｉ0.5-yＳｅy（ｘ＝０．０１、ｙ＝０．０１）の化学計量比で順次計量し、ステンレス製ボールミルポットに入れ、ボール材料比が１５：１であるという点で異なる。
実施例３を参照すると、ステップ（１）では、原料マグネシウム粉、アンチモン粉、ビスマス粉、イットリウム粉、セレン粉を、純度が９９．９９９％の高純度アルゴンを充満したグローブボックスに、化学組成Ｍｇ3.2-xＹxＳｂ1.5Ｂｉ0.5-yＳｅy（ｘ＝０．０１、ｙ＝０．０１）の化学計量比で順次計量し、ステンレス製ボールミルポットに入れ、ボール材料比が１５：１であるという点で異なる。
本実施例で製造されたサンプルの最高電力因子は２０９３．９７μＷｍ-1Ｋ-2であり、最低導電率は１．０５Ｗｍ-1Ｋ-1であり、熱電性能指数ＺＴ＝１．３６である。
例５：
実施例３を参照すると、ステップ（１）では、原料マグネシウム粉、アンチモン粉、ビスマス粉、イットリウム粉、セレン粉を、純度が９９．９９９％の高純度アルゴンを充満したグローブボックスに、化学組成Ｍｇ3.2-xＹxＳｂ1.5Ｂｉ0.5-yＳｅy（ｘ＝０．０２、ｙ＝０．０１）の化学計量比で順次計量し、ステンレス製ボールミルポットに入れ、ボール材料比が１５：１であるという点で異なる。
実施例３を参照すると、ステップ（１）では、原料マグネシウム粉、アンチモン粉、ビスマス粉、イットリウム粉、セレン粉を、純度が９９．９９９％の高純度アルゴンを充満したグローブボックスに、化学組成Ｍｇ3.2-xＹxＳｂ1.5Ｂｉ0.5-yＳｅy（ｘ＝０．０２、ｙ＝０．０１）の化学計量比で順次計量し、ステンレス製ボールミルポットに入れ、ボール材料比が１５：１であるという点で異なる。
本実施例で製造されたサンプルの最高電力因子は２４５１．７０μＷｍ-1Ｋ-2であり、最低熱伝導率は０．９０Ｗｍ-1Ｋ-1であり、熱電性能指数ＺＴ＝１．８０である。
例６：
実施例３を参照すると、ステップ（１）では、原料マグネシウム粉、アンチモン粉、ビスマス粉、イットリウム粉、セレン粉を、純度が９９．９９９％の高純度アルゴンを充満したグローブボックスに、化学組成Ｍｇ3.2-xＹxＳｂ1.5Ｂｉ0.5-yＳｅy（ｘ＝０．０３、ｙ＝０．０１）の化学計量比で順次計量し、ステンレス製ボールミルポットに入れ、ボール材料比が１５：１であるという点で異なる。
実施例３を参照すると、ステップ（１）では、原料マグネシウム粉、アンチモン粉、ビスマス粉、イットリウム粉、セレン粉を、純度が９９．９９９％の高純度アルゴンを充満したグローブボックスに、化学組成Ｍｇ3.2-xＹxＳｂ1.5Ｂｉ0.5-yＳｅy（ｘ＝０．０３、ｙ＝０．０１）の化学計量比で順次計量し、ステンレス製ボールミルポットに入れ、ボール材料比が１５：１であるという点で異なる。
本実施例で製造されたサンプルの最高電力因子は１９８９．４２μＷｍ-1Ｋ-2であり、最低熱伝導率は０．９３Ｗｍ-1Ｋ-1であり、熱電性能指数ＺＴ＝１．５０である。
例７：
実施例３を参照すると、ステップ（１）では、原料マグネシウム粉、アンチモン粉、ビスマス粉、イットリウム粉、セレン粉を、純度が９９．９９９％の高純度アルゴンを充満したグローブボックスに、化学組成Ｍｇ3.2-xＹxＳｂ1.5Ｂｉ0.5-yＳｅy（ｘ＝０、ｙ＝０．０２）の化学計量比で順次計量し、ステンレス製ボールミルポットに入れ、ボール材料比が１５：１であるという点で異なる。
実施例３を参照すると、ステップ（１）では、原料マグネシウム粉、アンチモン粉、ビスマス粉、イットリウム粉、セレン粉を、純度が９９．９９９％の高純度アルゴンを充満したグローブボックスに、化学組成Ｍｇ3.2-xＹxＳｂ1.5Ｂｉ0.5-yＳｅy（ｘ＝０、ｙ＝０．０２）の化学計量比で順次計量し、ステンレス製ボールミルポットに入れ、ボール材料比が１５：１であるという点で異なる。
本実施例で製造されたサンプルの最高電力因子は１６８０．１２μＷｍ-1Ｋ-2であり、最低熱伝導率１．０１Ｗｍ-1Ｋ-1であり、熱電性能指数ＺＴ＝１．１９である。
例８：
実施例３を参照すると、ステップ（１）では、原料マグネシウム粉、アンチモン粉、ビスマス粉、イットリウム粉、セレン粉を、純度が９９．９９９％の高純度アルゴンを充満したグローブボックスに、化学組成Ｍｇ3.2-xＹxＳｂ1.5Ｂｉ0.5-yＳｅy（ｘ＝０、ｙ＝０．０３）の化学計量比で順次計量し、ステンレス製ボールミルポットに入れ、ボール材料比が１５：１であるという点で異なる。
実施例３を参照すると、ステップ（１）では、原料マグネシウム粉、アンチモン粉、ビスマス粉、イットリウム粉、セレン粉を、純度が９９．９９９％の高純度アルゴンを充満したグローブボックスに、化学組成Ｍｇ3.2-xＹxＳｂ1.5Ｂｉ0.5-yＳｅy（ｘ＝０、ｙ＝０．０３）の化学計量比で順次計量し、ステンレス製ボールミルポットに入れ、ボール材料比が１５：１であるという点で異なる。
本実施例で製造されたサンプルの最高電力因子は１７１０．５８μＷｍ-1Ｋ-2であり、最低熱伝導率は１．０４Ｗｍ-1Ｋ-1であり、熱電性能指数ＺＴ＝１．１８である。
例９：
実施例３を参照すると、ステップ（１）では、原料マグネシウム粉、アンチモン粉、ビスマス粉、イットリウム粉、セレン粉を、純度が９９．９９９％の高純度アルゴンを充満したグローブボックスに、化学組成Ｍｇ3.2-xＹxＳｂ1.5Ｂｉ0.5-yＳｅy（ｘ＝０、ｙ＝０．０４）の化学計量比で順次計量し、ステンレス製ボールミルポットに入れ、ボール材料比が１５：１であるという点で異なる。
実施例３を参照すると、ステップ（１）では、原料マグネシウム粉、アンチモン粉、ビスマス粉、イットリウム粉、セレン粉を、純度が９９．９９９％の高純度アルゴンを充満したグローブボックスに、化学組成Ｍｇ3.2-xＹxＳｂ1.5Ｂｉ0.5-yＳｅy（ｘ＝０、ｙ＝０．０４）の化学計量比で順次計量し、ステンレス製ボールミルポットに入れ、ボール材料比が１５：１であるという点で異なる。
本実施例で製造されたサンプルの最高電力因子は１５８１．１６μＷｍ-1Ｋ-2であり、最低熱伝導率は１．０８Ｗｍ-1Ｋ-1であり、熱電性能指数ＺＴ＝１．０５である。
例１０：
実施例３を参照すると、ステップ（１）では、原料マグネシウム粉、アンチモン粉、ビスマス粉、イットリウム粉、セレン粉を、純度が９９．９９９％の高純度アルゴンを充満したグローブボックスに、化学組成Ｍｇ3.2-xＹxＳｂ1.5Ｂｉ0.5-yＳｅy（ｘ＝０、ｙ＝０．０７）の化学計量比で順次計量し、ステンレス製ボールミルポットに入れ、ボール材料比が１５：１であるという点で異なる。
実施例３を参照すると、ステップ（１）では、原料マグネシウム粉、アンチモン粉、ビスマス粉、イットリウム粉、セレン粉を、純度が９９．９９９％の高純度アルゴンを充満したグローブボックスに、化学組成Ｍｇ3.2-xＹxＳｂ1.5Ｂｉ0.5-yＳｅy（ｘ＝０、ｙ＝０．０７）の化学計量比で順次計量し、ステンレス製ボールミルポットに入れ、ボール材料比が１５：１であるという点で異なる。
本実施例で製造されたサンプルの最高電力因子は１６７１．１６μＷｍ-1Ｋ-2であり、最低熱伝導率は０．９４Ｗｍ-1Ｋ-1であり、熱電性能指数ＺＴ＝１．０１である。
例１１：
実施例３を参照すると、ステップ（１）では、原料マグネシウム粉、アンチモン粉、ビスマス粉、イットリウム粉、セレン粉を、純度が９９．９９９％の高純度アルゴンを充満したグローブボックスに、化学組成Ｍｇ3.2-xＹxＳｂ1.5Ｂｉ0.5-yＳｅy（ｘ＝０．０７、ｙ＝０．０１）の化学計量比で順次計量し、ステンレス製ボールミルポットに入れ、ボール材料比が１５：１であるという点で異なる。
実施例３を参照すると、ステップ（１）では、原料マグネシウム粉、アンチモン粉、ビスマス粉、イットリウム粉、セレン粉を、純度が９９．９９９％の高純度アルゴンを充満したグローブボックスに、化学組成Ｍｇ3.2-xＹxＳｂ1.5Ｂｉ0.5-yＳｅy（ｘ＝０．０７、ｙ＝０．０１）の化学計量比で順次計量し、ステンレス製ボールミルポットに入れ、ボール材料比が１５：１であるという点で異なる。
本実施例で製造されたサンプルの最高電力因子は２０９０．１８μＷｍ-1Ｋ-2であり、最低熱伝導率は１．０７Ｗｍ-1Ｋ-1であり、熱電性能指数ＺＴ＝１．４６である。
Claims (6)
- ｎ型Ｍｇ３Ｓｂ２ベース熱電材料の製造方法であって、原料組成がＭｇ３．２－ｘＹｘＳｂ１．５Ｂｉ０．５－ｙＳｅｙであり、ｘ＝０～０．１、ｙ＝０～０．１、ｘ、ｙが原子パーセンテージを表し、
アルゴンの雰囲気の中で、化学組成Ｍｇ ３．２－ｘ Ｙ ｘ Ｓｂ １．５ Ｂｉ ０．５－ｙ Ｓｅ ｙ の化学計量比で、マグネシウム粉、アンチモン粉、ビスマス粉、イットリウム粉、セレン粉を順次計量するステップ（１）と、
アルゴンの保護下で、計量された粉末をボールミルし、ボールミル機の回転速度が３００～６００ｒ／ｍｉｎで、ボールミル時間が３～８ｈで、ボールミルした後に、均一に混合され、直径が５００ｎｍ～１μｍの粉末サンプルを得るステップ（２）と、
ステップ（２）で得られた粉末を直径が１５ｍｍのグラファイト金型に入れ、真空で放電プラズマ焼結を経て、焼結の昇温速度が５０～２００℃／ｍｉｎであり、５００℃～８００℃、２０ＭＰａ～６０ＭＰａで、５～１５ｍｉｎ保温し、ｎ型Ｍｇ ３ Ｓｂ ２ ベース熱電材料を得るステップ（３）と、を含む、
ことを特徴とするｎ型Ｍｇ３Ｓｂ２ベース熱電材料の製造方法。 - ｘ＝０．０１－０．０７の時、ｙ＝０．０１－０．０７、である、
請求項１に記載のｎ型Ｍｇ３Ｓｂ２ベース熱電材料の製造方法。 - ｘ＝０．０２、ｙ＝０．０１、である、
請求項１に記載のｎ型Ｍｇ３Ｓｂ２ベース熱電材料の製造方法。 - 前記ステップ（１）における原料は、純度が９９．９９９％のアルゴンを充満したグローブボックス内で計量する、
ことを特徴とする請求項１に記載のｎ型Ｍｇ３Ｓｂ２ベース熱電材料の製造方法。 - 前記ステップ（２）は、アルゴンの保護下でボールミルし、ボール材料比が１５：１であり、ボールミル機の回転速度が５５０ｒ／ｍｉｎであり、ボールミル時間が５ｈであり、ボールミルの方式は、３０ｍｉｎ正回転する毎に、５ｍｉｎ停止し、続いて３０ｍｉｎ逆回転する毎に、５ｍｉｎ停止することである、
ことを特徴とする請求項４に記載のｎ型Ｍｇ３Ｓｂ２ベース熱電材料の製造方法。 - 前記ステップ（３）では、昇温速度が５０℃／ｍｉｎであり、６５０℃、５０Ｍｐａで、１０ｍｉｎ保温する、
ことを特徴とする請求項４に記載のｎ型Ｍｇ３Ｓｂ２ベース熱電材料の製造方法。
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