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公開番号2024178136
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-24
出願番号2024093895
出願日2024-06-10
発明の名称新規な熱電変換性溶融合成体及びその利用
出願人学校法人東京理科大学,国立研究開発法人物質・材料研究機構
代理人個人,個人
主分類H10N 10/851 20230101AFI20241217BHJP()
要約【課題】低温域の熱電変換材料として有用な非焼結体であって、所望の形状及び大きさの熱電変換部材を切り出し可能な性状を有する新規な熱電変換性溶融合成体及びその製造方法、低温域の熱電変換材料として有用であり、かつ、所望の形状及び大きさの熱電変換部材を切り出し可能な熱電変換性焼結体及びその製造方法、上記の熱電変換性溶融合成体又は上記の熱電変換性焼結体を用いた熱電変換素子、並びに上記の熱電変換素子を備える熱電変換モジュールを提供する。
【解決手段】本発明に係る熱電変換性溶融合成体は、ストロンチウムシリサイド多結晶体から構成される熱電変換性溶融合成体であって、粉末X線回折パターンのリートベルト解析による定量値として、立方晶SrSi₂相の含有率が99.0質量%以上であり、正方晶SrSi₂相及び三方晶SrSi₂相の含有率がいずれも0.1質量%未満である。
【選択図】図11
特許請求の範囲【請求項１】
ストロンチウムシリサイド多結晶体から構成される熱電変換性溶融合成体であって、
粉末Ｘ線回折パターンのリートベルト解析による定量値として、立方晶ＳｒＳｉ
２
相の含有率が９９．０質量％以上であり、正方晶ＳｒＳｉ
２
相及び三方晶ＳｒＳｉ
２
相の含有率がいずれも０．１質量％未満である熱電変換性溶融合成体。
続きを表示（約 830 文字）【請求項２】
粉末Ｘ線回折パターンのリートベルト解析による定量値として、Ｓｉの含有率が０．１質量％未満である、請求項１に記載の熱電変換性溶融合成体。
【請求項３】
粉末Ｘ線回折パターンのリートベルト解析による定量値として、Ｓｒの含有率が０．１質量％未満である、請求項１に記載の熱電変換性溶融合成体。
【請求項４】
３１０Ｋにおける出力因子が２．５０×１０
－３
Ｗ／ｍＫ
２
以上である、請求項１に記載の熱電変換性溶融合成体。
【請求項５】
バンドギャップが４５．０ｍｅＶ以上である、請求項１に記載の熱電変換性溶融合成体。
【請求項６】
ストロンチウムシリサイド多結晶体から構成される熱電変換性焼結体であって、
粉末Ｘ線回折パターンのリートベルト解析による定量値として、立方晶ＳｒＳｉ
２
相の含有率が９９．０質量％以上であり、正方晶ＳｒＳｉ
２
相及び三方晶ＳｒＳｉ
２
相の含有率がいずれも０．１質量％未満である熱電変換性焼結体。
【請求項７】
請求項１に記載の熱電変換性溶融合成体を焼結してなる、請求項６に記載の熱電変換性焼結体。
【請求項８】
粉末Ｘ線回折パターンのリートベルト解析による定量値として、Ｓｉの含有率が０．８質量％未満である、請求項６に記載の熱電変換性焼結体。
【請求項９】
粉末Ｘ線回折パターンのリートベルト解析による定量値として、Ｓｒの含有率が０．１質量％未満である、請求項６に記載の熱電変換性焼結体。
【請求項１０】
３１０Ｋにおける出力因子が２．３５×１０
－３
Ｗ／ｍＫ
２
以上である、請求項６に記載の熱電変換性焼結体。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電変換性溶融合成体及びその製造方法、熱電変換性焼結体及びその製造方法、熱電変換素子、並びに熱電変換モジュールに関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、各種設備等から排出される熱（排熱）をエネルギーとして有効利用するため、熱電変換材料を用いて発電する試みがなされている。
【０００３】
これまで、０～３００℃程度の低温域において高い熱電変換性能を示す熱電変換材料として、ビスマステルライド（Ｂｉ
２
Ｔｅ
３
）が主に実用化されている。しかし、構成元素であるビスマス及びテルルは、毒性があり環境負荷が大きい上に、地殻埋蔵量が少ないという問題があった。
【０００４】
このような背景から、環境負荷が小さく、地殻埋蔵量が豊富な元素から構成され、かつ、低温域において高い熱電変換性能を示す熱電変換材料の開発が望まれている。近年、そのような熱電変換材料の１つとして、ストロンチウムシリサイド（ＳｒＳｉ
２
）が研究されている。ＳｒＳｉ
２
には、立方晶、正方晶、三方晶等の結晶形が存在することが知られており、そのうち立方晶ＳｒＳｉ
２
（α－ＳｒＳｉ
２
とも称される）のみが半導体の特性を示すことから、熱電変換材料として期待されている。
【０００５】
特許文献１には、ストロンチウム及びシリコンを含有する組成原料をアーク溶解して珪化ストロンチウム合金を得た後、この珪化ストロンチウム合金の粉末を焼結することにより、主な結晶相が立方晶ＳｒＳｉ
２
相である珪化ストロンチウムバルク多結晶体（焼結体）を得たことが記載されている。ただし、特許文献１の珪化ストロンチウムバルク多結晶体は、その嵩密度及び含有酸素量を特徴とするものであり、熱電変換性能の測定データは示されていない。
【０００６】
また、特許文献２には、特許文献１と同様にして珪化ストロンチウムバルク多結晶体（焼結体）を得た後、この珪化ストロンチウムバルク多結晶体をターゲットとしたスパッタ法により、立方晶ＳｒＳｉ
２
相を主体に三方晶ＳｒＳｉ
２
相及び／又はＳｉを含有する薄膜を得たことが記載されている。特許文献２には、得られた薄膜の３００℃における熱電変換性能も示されている。
【０００７】
また、非特許文献１には、一般的に知られている垂直ブリッジマン法により、ストロンチウム及びシリコンを含有する組成原料をＳｒＳｉ
２
の融点以上の温度で加熱して融解液を調製し、その融解液から結晶を育成させることにより、主な結晶相が立方晶ＳｒＳｉ
２
相であるストロンチウムシリサイド多結晶体（溶融合成体）を得たことが記載されている。
【０００８】
また、非特許文献２には、市販のＳｒＳｉ
２
のインゴットを粉砕した後、得られた粉体を放電プラズマ焼結法にて１０７３Ｋの温度で焼結することにより、主な結晶相が立方晶ＳｒＳｉ
２
相であるストロンチウムシリサイド焼結体を得たことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特開２０１９－１４７７２８号公報
特開２０１９－１４９５２３号公報
【非特許文献】
【００１０】
D. Shiojiri et al., J. Appl. Phys., 129, 115101 (2021)
K. Hashimoto et al., J. Appl. Phys., 102, 063703 (2007)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
（【００１１】以降は省略されています）

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