@phdthesis{oai:muroran-it.repo.nii.ac.jp:00010396,
 author = {PHUANGYOD, Atchariya and フュアンヨッド, アトチャリヤ},
 month = {2020-12-15, 2020-12-15},
 note = {application/pdf, 熱電変換材料は，効率的に熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換可能な材料であり，熱電発電や熱電冷却に不可欠な電子材料である。熱電変換材料の性能は，性能指数Z＝S2/ (S：ゼーベック係数，：電気抵抗率，：熱伝導率)で評価され，これに絶対温度Tを乗じた無次元性能指数ZT≧1 が実用化の目安となっている。熱電変換モジュールには，n型とp型の熱電変換材料が必要であるが，同じ結晶構造，同じ構成元素からn型，p型両方の材料が合成できる材料系は，両者の熱膨張係数が同程度であるため，モジュールを作製する場合に有利である。Sbを含む充填スクッテルダイト化合物RT4Sb12 は，優れた熱電特性を有することから，次世代の高性能熱電変換材料への応用が期待されている物質である。さらに，Rの充填率やT元素の置換により，n型，p型両方の材料合成が可能である。最近，充填スクッテルダイト化合物Smy(Fe1-xNix)4Sb12において， Smの充填量yとFe, Niの比率xを変えることで，p型からn型へと変化することが示され，比較的高いZTが報告された。しかし，従来の合成方法では，x，yの可変量には限界があり，広い範囲でSmy(Fe1-xNix)4Sb12の熱電特性を調べることはできなかった。そこで，我々は高圧合成法により，この問題を解決し，この系におけるZTのさらなる向上を目指した。本研究では，高圧合成法により，Smの充填量y，Fe/Niの比xを広い範囲で変化させた充填スクッテルダイト化合物Smy(Fe1-xNix)4Sb12の試料合成を試み，試料評価，熱電特性評価を行った。従来の合成方法では，Ni置換量x = 0.4付近で，実際のSmの充填量は0.3以下であったのに対し，同様のNi置換量で，Smの最大充填量はy = 0.56と大きく向上した。このことは，高圧合成法により，Ni置換量を変化させずにSmの充填量を大きく変化せることができることを示しており，この系の設計の幅を広げることにつながると考えられる。また，ゼーベック係数，ホール効果の測定から，Smの充填率yとFe, Ni の比xを変えることで，p型伝導体，ｎ型伝導体を作り分けることに成功した。室温におけるn型Smy(Fe1-xNix)4Sb12 のZT の最大値は0.167であり，高温ではさらに高いZTを示す可能性がある。これらの結果は，今後の熱電変換材料の設計の幅を広げることにつながり，次世代の高性能な熱電変換材料開発の発展に寄与ものであると考えられる。, The efficiency of thermoelectric (TE) materials is determined by the dimensionless figure of merit ZT=S2T/ρκ, where S is the Seebeck coefficient, T is the absolute temperature, ρ is the electrical resistivity, and κ is the thermal conductivity. TE devices require both n-type and p-type materials. It is important that both of them can be obtained from the same matrix with the same crystal structure because small mismatch in the thermal expansion coefficient is important for fabricating a TE module. Sb-based filled skutterudite compounds RT4Sb12 have attracted considerable attention as one of the best candidates of TE materials. Furthermore, both p-type and n-type filled skutterudite compounds can be synthesized depending on the filling ratio of R atom and the partial substitution of T atom. Recent studies of Smy(Fe1-xNix)4Sb12 indicated the p/n crossover and relatively high ZT value. In this system, the TE properties can be tuned by the Sm filling ratio y and the substitution Fe/Ni content x. However, the tunable range of the filling ratio y of Sm atom and Fe/Ni substitution ratio x is limited by conventional synthesis methods. High-pressure synthesis (HPS) using multi-anvil press could overcome this problem. This method enables to increase filling fraction of R atom in the filled skutterudite structure in comparison to conventional methods. The optimized ZT in Smy(Fe1-xNix)4Sb12 could be achieved by carefully expanding the research areas of synthesis with tuning x and y. In this study, we have tried to synthesize Smy(Fe1-xNix)4Sb12 using the HPS method. The structure and chemical composition of the samples were studied. The maximum value of actual Sm filling ratio was y = 0.56 with actual Ni content x ~ 0.40 while y < 0.3 in samples with similar x values prepared by conventional methods. By using HPS technique, we could prepare Smy(Fe1-xNix)4Sb12 samples with various Sm filling ratio in spite of almost the same Ni content. The p/n crossover determined by Seebeck and Hall coefficients was around x = 0.3 of Ni content. P-type and n-type skutterudites could be obtained by tuning Sm-filling ratio and Fe/Ni content. The highest ZT value of 0.167 was achieved for n-type skutterudite at room temperature. HPS using multi-anvil press made it possible to enlarge the variation of TE material design. These results contribute development of next-generation TE materials.},
 school = {室蘭工業大学, Muroran Institute of Technology},
 title = {Thermoelectric properties of filled skutterudite compounds Smy(Fe1-xNix)4Sb12 prepared under high pressure},
 year = {}
}