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公開番号2025164543
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-30
出願番号2024068577
出願日2024-04-19
発明の名称熱電変換材料、熱電変換モジュール、および熱流センサ
出願人国立大学法人東京大学,三菱ケミカル株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H10N 10/854 20230101AFI20251023BHJP()
要約【課題】熱電変換モジュールのコストを低減可能な熱電変換材料を提供する。
【解決手段】実施形態に係る熱電変換材料は、祖成式RCo_5-xM_xで表され、前記組成式中のRは希土類元素の少なくとも1種であり、前記組成式中のMはCoを除く第4周期の遷移元素、Zn、およびAlからなる群から選択される少なくとも1種であり、前記組成式中のxは、0超、3.0以下であり、異常ネルンスト効果を有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
組成式ＲＣｏ
５－ｘ
Ｍ
ｘ
で表され、
前記組成式中のＲは希土類元素の少なくとも１種であり、
前記組成式中のＭはＣｏを除く第４周期の遷移元素、Ｚｎ、およびＡｌからなる群から選択される少なくとも１種であり、
前記組成式中のｘは、０超、３．０以下であり、
異常ネルンスト効果を有する、熱電変換材料。
続きを表示（約 330 文字）【請求項２】
ＣａＣｕ
５
型の結晶構造を有する、請求項１に記載の熱電変換材料。
【請求項３】
前記Ｍが、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、およびＡｌからなる群から選択される少なくとも１種である、請求項１又は２記載の熱電変換材料。
【請求項４】
前記Ｒが、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、およびＴｍからなる群から選択される少なくとも１種である、請求項１又は２記載の熱電変換材料。
【請求項５】
請求項1または２に記載の熱電変換材料を備える熱電変換モジュール。
【請求項６】
請求項５に記載の熱電変換モジュールを備える、熱流センサ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、熱電変換材料、熱電変換モジュール、および熱流センサに関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
未利用の熱エネルギーを活用するために、熱電変換モジュールの開発が積極的に行われている。熱電変換モジュールとしては、温度勾配によって電圧を発生させることが可能なゼーベック効果（ＳｅｅｂｅｃｋＥｆｆｅｃｔ）を利用した熱電変換モジュールがよく知られている。
【０００３】
ゼーベック効果では、温度勾配と同じ方向に電圧が生じることから、ゼーベック効果を利用した熱電変換モジュールはπ型構造を構成単位とする複雑な３次元構造となる。そのため、ゼーベック効果を利用した熱電変換モジュールは大面積化やフィルム化が困難である。また、ゼーベック効果を利用した熱電変換モジュールは、希少性の高い材料が用いられており、製造コストが高いという課題がある。また、毒性の観点においても課題がある。
【０００４】
ゼーベック効果を利用した熱電変換モジュールに対し、近年、異常ネルンスト効果（ＡｎｏｍａｌｏｕｓＮｅｒｎｓｔＥｆｆｅｃｔ）により起電力を生じる異常ネルンスト効果を有する熱電変換材料を用いた熱電変換モジュールが提案されている。異常ネルンスト効果とは、磁性体に熱流を流して温度差が生じたときに、磁化方向と温度勾配の双方に直交する方向に電圧が生じる現象である。
【０００５】
異常ネルンスト効果では、温度勾配に直交する方向に電圧が生じることから、異常ネルンスト効果を利用した熱電変換モジュールでは、熱源に沿うように展開することができ、大面積化及びフィルム化がしやすいという利点がある。
【０００６】
例えば、異常ネルンスト効果を有する熱電変換素子として、特許文献１には、遷移金属を有する合金からなり、前記合金は、前記遷移金属によるカゴメ格子面を備えた結晶構造を有する化合物であり、異常ネルンスト効果を示す、熱電変換素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
国際公開第２０２１／２１５５２９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示されている熱電変換材料は、室温でそれなりに高い発電性能を示すが、この熱電変換材料を用いた熱電変換モジュールは高価となってしまうため、より安価に熱電変換モジュールを製造する手法が求められている。特許文献１の熱電変換材料よりも、異常ネルンスト係数が大きい熱電変換材料ができれば、熱電変換モジュールに用いる熱電変換材料の使用量を低減することができ、熱電変換モジュールのコストを低減できる。または、残留磁化を有した熱電変換材料ができれば、永久磁石や電磁石等の外部から磁場を印加する手段を省略することができ、同様に熱電変換モジュールのコストを低減、スペースも削減することができる。
【０００９】
本発明は、上記の事情を鑑みなされた発明であり、熱電変換モジュールのコストを低減可能な熱電変換材料、および当該熱電変換材料を用いた熱電変換モジュールおよび熱流センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
＜１＞本発明の態様１の熱電変換材料は、組成式ＲＣｏ
５－ｘ
Ｍ
ｘ
で表され、
前記組成式中のＲは希土類元素の少なくとも１種であり、
前記組成式中のＭはＣｏを除く第４周期の遷移元素、Ｚｎ、およびＡｌからなる群から選択される少なくとも１種であり、
前記組成式中のｘは、０超、３．０以下であり、
異常ネルンスト効果を有する。
＜２＞本発明の態様２は、態様１の熱電変換材料において、
ＣａＣｕ
５
型の結晶構造を有してもよい。
＜３＞本発明の態様３は、態様１又は２の熱電変換材料において、
前記Ｍが、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、およびＡｌからなる群から選択される少なくとも１種であってもよい。
＜４＞本発明の態様４は、態様１～３のいずれか１つの熱電変換材料において、前記Ｒが、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、およびＴｍからなる群から選択される少なくとも１種であってもよい。
＜５＞本発明の態様５の熱電変換モジュールは、態様１～４のいずれか１つの熱電変換材料を備える。
＜６＞本発明の態様６の熱流センサは、態様５の熱電変換モジュールを備える。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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