JP4423122B2 - Method for producing oriented thermoelectric material - Google Patents
Method for producing oriented thermoelectric material Download PDFInfo
- Publication number
- JP4423122B2 JP4423122B2 JP2004190168A JP2004190168A JP4423122B2 JP 4423122 B2 JP4423122 B2 JP 4423122B2 JP 2004190168 A JP2004190168 A JP 2004190168A JP 2004190168 A JP2004190168 A JP 2004190168A JP 4423122 B2 JP4423122 B2 JP 4423122B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thermoelectric material
- oriented
- fine particles
- magnetic field
- producing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Description
本発明は、熱電材料の製造方法に関し、さらに詳しくは、結晶配向性を有する熱電材料の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method of manufacturing a thermoelectric material, and more particularly, to a method for manufacturing a thermoelectric material having a crystal orientation.
現在、世界のエネルギーは、その多くを化石燃料の燃焼エネルギーに依存しているが、熱サイクルを使用する発電システムの場合、そのエネルギーの多くを廃熱として未利用のまま廃棄しているのが現状である。一方、地球環境の保全が世界的規模で議論されるようになり、エネルギーの未利用分の有効利用技術開発が精力的に進められている。
この中で、熱電変換を用いた発電は、比較的低品質の熱においても直接電気に変換することが可能であるため、現状の未利用の廃熱を回収できる技術であり、最近のエネルギー問題や環境問題の深刻化に伴い、熱電変換に対する期待度はますます大きくなっている。
Currently, much of the world's energy depends on the combustion energy of fossil fuels, but in the case of power generation systems that use thermal cycles, most of that energy is discarded as waste heat. Currently. On the other hand, global environmental conservation has been discussed on a global scale, and the development of effective utilization technology for unused energy has been energetically promoted.
Among these, power generation using thermoelectric conversion can directly convert even relatively low-quality heat into electricity. As the environmental problems become more serious, expectations for thermoelectric conversion are increasing.
この熱電変換とは、異なる2種の金属やp型半導体とn型半導体等の熱電変換材料に温度差を与えると、両端に熱起電力が発生するゼーベック効果を利用して、熱エネルギーを直接電力に変換する技術であり、モーターやタービン等の可動部がまったくなく、また、老廃物もないという優れた特徴を有している。 This thermoelectric conversion is the direct use of the Seebeck effect in which thermoelectromotive force is generated at both ends when a temperature difference is given to two different metals or thermoelectric conversion materials such as a p-type semiconductor and an n-type semiconductor. It is a technology that converts power into electric power and has excellent features such as no moving parts such as motors and turbines, and no waste.
ここで、熱電特性の性能評価に用いられる性能指数Zは、下記の式(1)で表される。
Z=α2/(κ・ρ) ・・・(1)
前記(1)式中、αは、ゼーベック係数であり、κは、熱伝導率であり、ρは、比抵抗を表す。
Here, the figure of merit Z used for the performance evaluation of thermoelectric characteristics is expressed by the following formula (1).
Z = α 2 / (κ · ρ) (1)
In the formula (1), α is the Seebeck coefficient, κ is the thermal conductivity, and ρ represents the specific resistance.
すなわち、ゼーベック係数が大きく、熱伝導率と比抵抗が小さいと、性能指数が大きくなり、換言すれば性能指数の大きい素子を得ることができる。ここで、ゼーベック係数は材料によって決まってしまう物性値であるが、熱伝導率と比抵抗は、材料の微細構造(微細組織や配向性)によって、大きく変化させることが可能なため、熱伝導率や比抵抗を小さくするために、結晶組織制御するような方法が検討されている。すなわち、結晶組織の配向性をコントロールして向上させることにより、ある方向における熱伝導率及び比抵抗を小さくすることが可能であり、そのような開発方向において熱電特性を向上することができるわけである。 That is, when the Seebeck coefficient is large and the thermal conductivity and specific resistance are small, the figure of merit is large, in other words, an element having a large figure of merit can be obtained. Here, Seebeck coefficient is a physical property value determined by the material, but thermal conductivity and specific resistance can be changed greatly depending on the microstructure (fine structure and orientation) of the material. In order to reduce the specific resistance, a method of controlling the crystal structure has been studied. That is, by controlling and improving the orientation of the crystal structure, it is possible to reduce the thermal conductivity and specific resistance in a certain direction, and it is possible to improve the thermoelectric characteristics in such a development direction. is there.
例えば、特許文献1の特開2000−211971号公報には、AxB2Oy(Aは、Na,Li,K,Ca,Sr,Ba,Bi,Y,Laであり、Bは、Mn,Fe,Co,Ni,Cu、であり、xは、1≦x≦2の範囲であり、yは、2≦y≦4の範囲である)型構造を有する熱電素子材料が開示されている。特にNaCo2O4系熱電素子材料は、水酸化コバルト又は酸化コバルトの板状粒子と、ナトリウム金属塩とを混合し、これを前記水酸化コバルト又は酸化コバルト粒子が一方向に配向するように成形し、この成形体を焼成して緻密化させることによりC軸方向に配向した焼結体が作製されることが開示されている。 For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-211971 of Patent Document 1, AxB 2 Oy (A is Na, Li, K, Ca, Sr, Ba, Bi, Y, La, and B is Mn, Fe, Co, Ni, Cu, where x is in the range of 1 ≦ x ≦ 2 and y is in the range of 2 ≦ y ≦ 4). In particular, the NaCo 2 O 4 -based thermoelectric element material is a mixture of cobalt hydroxide or cobalt oxide plate-like particles and a sodium metal salt, and molded so that the cobalt hydroxide or cobalt oxide particles are oriented in one direction. It is disclosed that a sintered body oriented in the C-axis direction is produced by firing and densifying the compact.
また、特許文献2の特開2002−16297号公報には、結晶配向材料のテンプレートとなる物質である形状異方性を有するZnOまたはその前駆体粉末材料と、このZnOまたはその前駆体粉末材料との反応によって結晶異方性のある導電性酸化物を生成する物質とを混合し、この混合材料を前記異方形状粉末が一方向に配向するように常温下で成形し、この成形物を熱処理することにより合成し、その後に焼結して、結晶配向バルクZnO系焼結体材料の製造方法および、それにより製造された熱電変換デバイスが提案されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-16297 of Patent Document 2 discloses ZnO having a shape anisotropy as a template for a crystal orientation material or a precursor powder material thereof, and ZnO or a precursor powder material thereof. Is mixed with a substance that generates a conductive oxide having crystal anisotropy by the reaction of, and the mixed material is molded at room temperature so that the anisotropically shaped powder is oriented in one direction. And a method for producing a crystallographic bulk ZnO-based sintered material and a thermoelectric conversion device produced thereby have been proposed.
さらに、特許文献3の特開2001−223396号公報には、周期律表第5族元素と第6族元素からそれぞれ選択した一種以上の元素の組み合わせを主成分とする熱電材料若しくは金属と半金属系材料の組み合わせを主成分とする熱電材料又はこれらに酸化物、炭化物、窒化物若しくはこれらの混合物を添加した熱電材料の直流通電加圧による焼結に際し、100〜15000Aの可変電流範囲で通電するとともに、磁束密度0.1T≦H≦2.0T(T:テスラ)の範囲で磁場をかけながら焼結し、焼結体組織の電気的配向性を得ることを特徴とする熱電材料の製造方法が提案されている。
しかしながら、特開2000−211971号公報、および特開2002−16297号公報、により提案された方法によると、確かにある程度配向された試料を提供することが可能であるが、いずれもその配向度には限界があり、その配向性がまだ十分ではないという不具合が生じている。 However, according to the method proposed by Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2000-211971 and 2002-16297, it is possible to provide a sample that is certainly oriented to some extent. However, there is a problem that the orientation is not yet sufficient.
また、特開2001−223396号公報により提案された方法によると、磁場中において焼結を行うことにより、電気的配向性を得ているのみであり、結晶そのものを配向することができず、かえって電気抵抗や熱伝導率等の物理的特性の異方性を減少又は消失させてしまって、結晶組織の配向度を大きくし、ある方向における熱伝導率や比抵抗を小さくするための結晶組織制御方法という目的では用いることができないのが現状である。
これより熱電材料の結晶配向度を十分に大きい熱電材料を製造できる方法並びに十分な配向度を有した熱電材料が切望されていた。
In addition, according to the method proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-223396, only the electrical orientation is obtained by sintering in a magnetic field, and the crystal itself cannot be oriented. Crystal structure control to reduce or eliminate the anisotropy of physical properties such as electrical resistance and thermal conductivity, increase the degree of orientation of the crystal structure, and reduce the thermal conductivity and specific resistance in a certain direction At present, it cannot be used for the purpose of a method.
Accordingly, a method capable of producing a thermoelectric material having a sufficiently large crystal orientation degree and a thermoelectric material having a sufficient degree of orientation have been desired.
そこで本発明の目的は、磁化率の異方性を利用することにより、磁場中にて熱電材料あるいは熱電材料成形体を形成する際に、熱電材料微粒子を冷却し、磁場による配向をしやすくすることにより、結晶配向度が大きく優れた熱電特性を有する熱電材料を製造する方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to cool the thermoelectric material fine particles and facilitate orientation by a magnetic field when forming a thermoelectric material or a thermoelectric material molded body in a magnetic field by utilizing anisotropy of magnetic susceptibility. Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing a thermoelectric material having a large degree of crystal orientation and excellent thermoelectric properties.
本発明の第1の特徴は、工程中に磁場を印加する工程を具備することにより配向熱電材料を製造する方法において、磁化率の異方性を有する熱電材料微粒子を用い、熱電材料微粒子を溶媒に分散させて分散液を生成する工程と、分散液を磁場中で乾燥することにより配向成形体とする工程とを有し、配向成形体とする工程は、少なくとも熱電材料微粒子を冷却する工程を具備したことにある。 A first feature of the present invention is a method for producing an oriented thermoelectric material by including a step of applying a magnetic field in the process, using thermoelectric material fine particles having anisotropy of magnetic susceptibility, and using the thermoelectric material fine particles as a solvent. And a step of producing an alignment molded body by drying the dispersion in a magnetic field, and the step of forming the alignment molded body includes at least a step of cooling the thermoelectric material fine particles. It is in having.
本発明の第2の特徴は、工程中に磁場を印加する工程を具備することにより配向熱電材料を製造する方法において、磁化率の異方性を有する熱電材料微粒子を用い、熱電材料微粒子を溶媒に分散させて分散液を生成する工程と、分散液あるいは分散液を乾燥して得られた微粒子を磁場中で加圧成形することにより配向成形体とする工程とを有し、配向成形体とする工程は、少なくとも熱電材料微粒子を冷却する工程を具備したことにある。 According to a second aspect of the present invention, in the method for producing an oriented thermoelectric material by providing a magnetic field application step, thermoelectric material fine particles having magnetic anisotropy are used, and the thermoelectric material fine particles are used as a solvent. And a step of forming a dispersion by dispersing the dispersion or the fine particles obtained by drying the dispersion in a magnetic field to form an alignment molded body, The step of performing is provided with a step of cooling at least the thermoelectric material fine particles .
本発明の第3の特徴は、上記の配向熱電材料の製造方法において、冷却する工程における熱電微粒子を冷却する温度が、分散液に用いる溶媒の凝固点より高いことにある。 The third feature of the present invention is that, in the method for producing an oriented thermoelectric material, the temperature at which the thermoelectric fine particles are cooled in the cooling step is higher than the freezing point of the solvent used in the dispersion.
本発明の第4の特徴は、上記の配向熱電材料の製造方法において、熱電材料微粒子として磁化率の異方性を有する微粒子を用いたことにある。 A fourth feature of the present invention is that, in the method for producing an oriented thermoelectric material, fine particles having magnetic anisotropy are used as the thermoelectric material fine particles.
本発明の第5の特徴は、上記の配向熱電材料の製造方法において、熱電材料微粒子として形状異方性を有する微粒子を用いたことにある。 A fifth feature of the present invention resides in that fine particles having shape anisotropy are used as thermoelectric material fine particles in the method for producing an oriented thermoelectric material.
本発明により、熱電微粒子を冷却することにより磁場による配向性が良好になり、それにより配向性の良好な熱電材料を製造することが可能になった。 According to the present invention, by cooling the thermoelectric fine particles, the orientation due to the magnetic field is improved, and thereby it is possible to produce a thermoelectric material having a good orientation.
また、熱電微粒子を冷却することにより磁場による配向性が良好になり、それにより配向性の良好な熱電微粒子の配向成形体を製造することが可能になった。 In addition , by cooling the thermoelectric fine particles, the orientation by the magnetic field is improved, and thereby it is possible to produce an oriented molded body of thermoelectric fine particles having a good orientation.
また、熱電微粒子が異方性を有しているため、熱電微粒子の冷却時の磁場による配向性が良好になり、それにより配向性の良好な熱電微粒子の配向成形体を製造することが可能になった。 In addition , since the thermoelectric fine particles have anisotropy, the orientation due to the magnetic field during cooling of the thermoelectric fine particles is improved, thereby making it possible to produce an oriented molded body of thermoelectric fine particles with good orientation. became.
以下、本発明を実施の形態により説明する。
図1は、本発明の製造工程の一例を示したものである。
初めに、熱電材料微粒子を合成する。この微粒子は、磁化率の異方性を有していることが必要である。すなわち、任意の方向の磁化率χが小さく、特定の方向においては磁化率が大きく、その両方向の磁化率の差Δχ(磁化率の異方性)は、できるだけ大きい方が配向熱電材料を製造するに好ましい。また、この熱電材料微粒子が形状異方性を有している方が、配向熱電材料を製造するに好ましい。熱電材料微粒子の大きさによって、磁化率の異方性が変化するため、磁場を用いて配向熱電材料を製造するためには、この微粒子の粒径が均一に揃っている方が、印加する磁場の設定等したり、生産性を向上させる観点から好ましい。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to embodiments.
FIG. 1 shows an example of the manufacturing process of the present invention.
First, thermoelectric material fine particles are synthesized. These fine particles are required to have magnetic susceptibility anisotropy. That is, the magnetic susceptibility χ in an arbitrary direction is small, the magnetic susceptibility is large in a specific direction, and an orientation thermoelectric material is produced when the difference Δχ (magnetic susceptibility anisotropy) between the two directions is as large as possible. Is preferred. In addition, it is preferable that the thermoelectric material fine particles have shape anisotropy for producing an oriented thermoelectric material. Since the anisotropy of the magnetic susceptibility changes depending on the size of the thermoelectric material fine particles, the magnetic field to be applied is more uniform when the particle diameters of the fine particles are uniform in order to produce an oriented thermoelectric material using a magnetic field. It is preferable from the viewpoint of setting and improving productivity.
また、使用する微粒子の結晶構造に異方性が元来存在する場合には、このような原材料を用いることによって、磁化率の異方性を有するようにすることが可能である。この意味からも酸化物の層状化合物が本発明の配向熱電材料を製造するための原料として好ましい。
このような化合物は、層状構造になっているため、層の積層方向と、その方向に垂直な方向とで磁化率が大きく異なっており、磁場で配向することによって熱電特性を向上させることが可能になるわけである。
Further, when anisotropy originally exists in the crystal structure of the fine particles used, it is possible to have anisotropy of magnetic susceptibility by using such raw materials. From this point of view, the oxide layered compound is preferable as a raw material for producing the oriented thermoelectric material of the present invention.
Since such a compound has a layered structure, the magnetic susceptibility differs greatly between the stacking direction of the layers and the direction perpendicular to the direction, and thermoelectric properties can be improved by orienting in a magnetic field. That is why.
次に、上記のように合成した微粒子を溶媒中に分散する分散液作製の工程を説明する。
この工程で使用される分散媒としては、水、有機分散媒、無機分散媒、いずれを用いてもよく、特に制限されない。いずれの分散媒を用いた場合にも、微粒子が、凝集することなく分散液中に分散していることが必要である。そのために、必要に応じて超音波を印加して分散を行ったり、あるいは、界面活性剤、結合剤等を添加して、分散液を安定化しても問題はない。
Next, a process for preparing a dispersion in which the fine particles synthesized as described above are dispersed in a solvent will be described.
As the dispersion medium used in this step, any of water, an organic dispersion medium, and an inorganic dispersion medium may be used, and there is no particular limitation. Whichever dispersion medium is used, it is necessary that the fine particles are dispersed in the dispersion without agglomeration. Therefore, there is no problem if the dispersion is stabilized by applying ultrasonic waves as necessary, or by adding a surfactant, a binder or the like to stabilize the dispersion.
次に、熱電材料微粒子を冷却する工程を説明する。
磁化率の異方性を有した微粒子は、磁場により配向させることが可能である。微粒子が置かれている状態にもよるが、磁場強度をHとすると、下式(2)
H2≫2kT/Δχ ・・・(2)
この式(2)中、kはボルツマン定数であり、Tは絶対温度であり、Δχは磁化率の異方性である。
Next, the process of cooling the thermoelectric material fine particles will be described.
Fine particles having anisotropy of magnetic susceptibility can be oriented by a magnetic field. Although it depends on the state where fine particles are placed, if the magnetic field strength is H, the following formula (2)
H 2 >> 2 kT / Δχ (2)
In this formula (2), k is a Boltzmann constant, T is an absolute temperature, and Δχ is anisotropy of magnetic susceptibility.
この式(2)の関係を満たすような磁場強度の場合に、磁化率の大きい方向を磁場印加方向に配向させることが可能になる。
ここで、熱電微粒子を冷却することによって、絶対温度Tを小さくすることができるので、同じ磁場強度を用いても、熱電材料微粒子は、より配向しやすくなるわけである。
この冷却しながら磁場を印加することが本発明の考え方の1つである。すなわち、冷却温度をできるだけ低くすれば原則としていいことになる。但し、分散液中に、熱電材料微粒子を分散させている場合は、冷却温度は、分散液に使用している分散媒の凝固温度より高いことが必要である。
In the case of the magnetic field intensity satisfying the relationship of the formula (2), it becomes possible to orient the direction with a large magnetic susceptibility in the magnetic field application direction.
Here, since the absolute temperature T can be reduced by cooling the thermoelectric fine particles, the thermoelectric material fine particles are more easily oriented even when the same magnetic field strength is used.
One idea of the present invention is to apply a magnetic field while cooling. That is, as a general rule, the cooling temperature should be as low as possible. However, when the thermoelectric material fine particles are dispersed in the dispersion liquid, the cooling temperature needs to be higher than the solidification temperature of the dispersion medium used in the dispersion liquid.
次に、上記の熱電微粒子の分散液を磁場中に挿入し、成形体とする工程を説明する。
熱電材料は一般的には強磁性体ではないので、その配向のためには、非常に大きい磁場強度を必要とする。この磁場強度としては、たとえば2T(テスラ)より大きく印加して熱電材料を配向することが好ましく、より好ましくは本発明では5T以上の磁場の印加であり、さらに好ましくは10T以上の磁場である。
成形体とするために、分散液を磁場中で乾燥する。また、この成形体を形成する際に、加圧成形を行うことにより、より強度の大きい成形体を得ることができる。この乾燥あるいは加圧成型により、磁化率の異方性を有した微粒子が、磁化率の大きい方向を印加した磁場の方向に配向した成形体が形成される。尚、この工程中においても、熱電材料微粒子を冷却することによって、より配向性の高い成形体が形成できる。
Next, the process of inserting the thermoelectric fine particle dispersion into a magnetic field to form a molded body will be described.
Since thermoelectric materials are generally not ferromagnetic, they require a very high magnetic field strength for their orientation. As the magnetic field strength, for example, it is preferable to apply the thermoelectric material by applying greater than 2T (Tesla), more preferably 5T or more, and even more preferably 10T or more in the present invention.
In order to obtain a molded body, the dispersion is dried in a magnetic field. Moreover, when forming this molded object, a molded object with larger intensity | strength can be obtained by performing pressure molding. By this drying or pressure molding, a molded body is formed in which fine particles having anisotropy of magnetic susceptibility are oriented in the direction of a magnetic field applied with a direction having a high magnetic susceptibility. Even during this step, a molded article with higher orientation can be formed by cooling the thermoelectric material fine particles.
続いて、この成形体を熱処理により緻密化を行い、強度の大きいバルク体を形成する磁場中での熱処理による緻密化工程を説明する。
この熱処理による緻密化工程には、微粒子原料をバルク化するための焼結の工程も含まれる。従来の配向熱電材料を製造する方法では、配向した成形体を形成した後、この熱処理による緻密化を行う工程で、その配向度を小さくしてしまっていた。このようにすると、熱処理により、せっかく配向していた粒子等がその一部の領域がランダムな方向を向いてしまう。
Next, a densification process by heat treatment in a magnetic field for forming a bulk body having a high strength by densifying the compact by heat treatment will be described.
This densification step by heat treatment includes a sintering step for bulking the fine particle raw material. In the conventional method for producing an oriented thermoelectric material, the degree of orientation is reduced in the step of densification by this heat treatment after forming an oriented shaped body. If it does in this way, the part etc. of the particle | grains etc. which were orientated with much heat will face the random direction by heat processing.
これに対して、本発明では、磁場中で成形する際に、熱電微粒子を冷却することにより、非常に配向性の高い成形体が形成され、さらに、磁場中での熱処理(焼結も含む)を行うことにより緻密化を行って配向度が維持されることが可能になったため、極めて配向性の良い熱電材料のバルク体を形成することができるわけである。但し、この場合は、温度が高温になるため、磁化率が低下し、それによって磁化率の異方性が減少することのないように、好ましくは、それに応じた磁場強度に設定することが必要になる。 On the other hand, in the present invention, when molding is performed in a magnetic field, the thermoelectric fine particles are cooled to form a molded body having a very high orientation, and further heat treatment (including sintering) in a magnetic field. By carrying out the above, it becomes possible to maintain the degree of orientation by densification, so that it is possible to form a bulk body of thermoelectric material with extremely good orientation. However, in this case, it is necessary to set the magnetic field strength accordingly so that the magnetic susceptibility does not decrease and the anisotropy of the magnetic susceptibility does not decrease because the temperature becomes high. become.
以上は、熱電材料を配向成形体にした後、熱処理により緻密化する場合を説明したが、熱電材料の前駆体を同様な方法で配向成形体とし、熱処理により熱電材料を合成することも可能である。
結晶の配向性を有していない熱電材料(多結晶体)は、図2にその概念図を示したように、磁化率の異方性もばらばらの方向を向いている。(図中の点線の方向が磁化率の大きい方向に相当する様子を示している)それに対し、本発明により製造した配向熱電材料(多結晶体)は、図3にその概念図を示したように、全体が磁化率の異方性に沿って配向しており、すなわち、磁化率の大きい方向が試料全体で揃っており、例えば、この磁化率の異方性に対して比抵抗あるいは熱伝導率等の電気的特性の異方性が対応する酸化物の層状化合物から構成される熱電材料等では、特定の方向において、熱電特性を向上させることが可能になる。例えば、特定の方向において比抵抗を小さくすることができれば、その他の物理定数が一緒であってもその方向における性能指数Zは大きくなり、その方向で優れた熱電特性が得られることになる。
The above describes the case where the thermoelectric material is made into an oriented molded body and then densified by heat treatment, but it is also possible to make the thermoelectric material precursor into an oriented molded body by the same method and synthesize the thermoelectric material by heat treatment. is there.
A thermoelectric material (polycrystal) that does not have crystal orientation has a magnetic anisotropy that is in a different direction as shown in the conceptual diagram of FIG. (The direction of the dotted line in the figure shows the direction corresponding to the direction of high magnetic susceptibility) On the other hand, the oriented thermoelectric material (polycrystal) produced according to the present invention is shown in the conceptual diagram in FIG. In addition, the entire sample is oriented along the anisotropy of the magnetic susceptibility, that is, the direction in which the magnetic susceptibility is large is aligned throughout the sample. In a thermoelectric material or the like composed of an oxide layered compound corresponding to the anisotropy of electrical characteristics such as a rate, the thermoelectric characteristics can be improved in a specific direction. For example, if the specific resistance can be reduced in a specific direction, the figure of merit Z in that direction increases even if other physical constants are combined, and excellent thermoelectric characteristics can be obtained in that direction.
また、熱伝導率の小さい方向を利用して、一端を高温とし、多端を低温とすることにより、両端での温度差を大きく取ることが可能になり、それによって取り出せる電力を向上することが可能になるわけである。
このように本発明を用いると、形状異方性を有し、さらに磁化率の異方性を有する熱電微粒子を溶媒中に分散し、その熱電微粒子を冷却した後、磁場中で配向成形体を形成することにより、磁化率の異方性に沿って高い配向性を有した成形体を得ることができる。この成形体の配向性が非常に高いため、さらに磁場中で熱処理を行い、配向成形体の緻密化を行うことにより、磁化率の異方性に沿って配向したままの(配向性を低下させないで)強度の大きいバルク体を形成することが可能になる。
In addition, by using a direction with low thermal conductivity, by setting one end to a high temperature and the other end to a low temperature, it is possible to increase the temperature difference at both ends, thereby improving the power that can be extracted. That is why.
As described above, when the present invention is used, thermoelectric fine particles having shape anisotropy and magnetic anisotropy are dispersed in a solvent, and after cooling the thermoelectric fine particles, an oriented compact is formed in a magnetic field. By forming, a molded body having a high orientation along the magnetic anisotropy can be obtained. Since the orientation of this molded body is very high, heat treatment is further performed in a magnetic field, and the orientation molded body is densified, so that it remains oriented along the anisotropy of magnetic susceptibility (does not degrade orientation) It becomes possible to form a bulk body with high strength.
以上説明したように、非常に簡便な方法にて、従来その製造が困難であった非常に良好な配向性を有した熱電材料の製造が可能になり、本発明で製造した配向性熱電材料は、特定の方向において非常に高い熱電特性を有することができるものである。 As described above, it becomes possible to produce a thermoelectric material having a very good orientation that has been difficult to produce by a very simple method, and the oriented thermoelectric material produced in the present invention is , Which can have very high thermoelectric properties in a specific direction.
(実施例)
以下、本発明を実施例により、さらに説明するが、本発明は、これら実施例に拘束されて解釈されないことは、言うまでもない。
(Example)
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further, it cannot be overemphasized that this invention is restrained by these Examples and is not interpreted.
Co3O4粉末と、Na2CO3粉末とを、十分に混合した後、電気マッフル炉を用いて、880℃下、20時間焼成を行った。
焼成後、この試料を粉砕することにより、NaxCo2Oy(ここでxは、1≦x≦2であり、yは2≦y≦4の範囲である)微粒子を合成した。この微粒子をトルエンに添加し、超音波を用いて分散を行った。
この微粒子分散液を、あらかじめ分散液を−80℃に冷却した後に、超伝導マグネットを用いて10Tの磁場を印加しながら微粒子分散液を乾燥し、試料1を作製した。
Co 3 O 4 powder and Na 2 CO 3 powder were sufficiently mixed and then baked at 880 ° C. for 20 hours using an electric muffle furnace.
After firing, this sample was pulverized to synthesize fine particles of Na x Co 2 O y (where x is in the range of 1 ≦ x ≦ 2 and y is in the range of 2 ≦ y ≦ 4). The fine particles were added to toluene and dispersed using ultrasonic waves.
The fine particle dispersion was cooled to −80 ° C. in advance, and then the fine particle dispersion was dried while applying a 10 T magnetic field using a superconducting magnet to prepare Sample 1.
(比較例1)
実施例1の微粒子分散液を用いて、冷却せずに超伝導マグネットを用いて10T(テスラ)の磁場を印加しながら乾燥した以外は、実施例1と同様にして試料2を作製した。
(Comparative Example 1)
Sample 2 was prepared in the same manner as in Example 1, except that the fine particle dispersion of Example 1 was dried while applying a 10 T (Tesla) magnetic field using a superconducting magnet without cooling.
電子顕微鏡を用いて、試料1(実施例1)と試料2(比較例1)の断面を観察したところ、試料1の方が、微細組織が、より配向していた。 When the cross sections of Sample 1 (Example 1) and Sample 2 (Comparative Example 1) were observed using an electron microscope, the microstructure of Sample 1 was more oriented.
実施例1と同様にして、NaxCo2Oy(1≦x≦2、2≦y≦4)微粒子を合成し、この微粒子をエチルアルコールに添加し、超音波を用いて分散を行った。
この微粒子分散液を、あらかじめ分散液を−100℃に冷却した後、超伝導マグネットを用いて10Tの磁場を印加しながら微粒子分散液を乾燥し、これを試料3とした。
In the same manner as in Example 1, Na x Co 2 O y (1 ≦ x ≦ 2, 2 ≦ y ≦ 4) fine particles were synthesized, and the fine particles were added to ethyl alcohol and dispersed using ultrasonic waves. .
The fine particle dispersion was cooled to −100 ° C. in advance, and then the fine particle dispersion was dried while applying a magnetic field of 10 T using a superconducting magnet.
(比較例2)
実施例2と同様にして、微粒子分散液を、冷却せずに超伝導マグネットを用いて10T(テスラ)の磁場を印加しながら乾燥した以外は、実施例2と同様にして試料4を作製した。
(Comparative Example 2)
電子顕微鏡を用いて、試料3(実施例2)と試料4(比較例2)の断面を観察したところ、試料3の方が、微細組織が、より配向していた。 When the cross sections of Sample 3 (Example 2) and Sample 4 (Comparative Example 2) were observed using an electron microscope, the microstructure of Sample 3 was more oriented.
実施例2と同様にして、NaxCo2Oy(xは1≦x≦2であり、yは2≦y≦4である)微粒子を合成し、同様に溶媒をエチルアルコールとした分散液を作製した。この微粒子分散液を型に挿入した後、−100℃に冷却し、その後超伝導マグネットを用いて10Tの磁場を印加しながら加圧成形を行い、これを試料5とした。 In the same manner as in Example 2, Na x Co 2 O y (x is 1 ≦ x ≦ 2 and y is 2 ≦ y ≦ 4) fine particles were synthesized, and similarly, a dispersion in which the solvent was ethyl alcohol Was made. This fine particle dispersion was inserted into a mold, cooled to −100 ° C., and then subjected to pressure molding while applying a 10 T magnetic field using a superconducting magnet.
(比較例3)
実施例3と同様にして、微粒子分散液を型に挿入した後、冷却せずに超伝導マグネットを用いて10T(テスラ)の磁場を印加しながら加圧成型した以外は、実施例3と同様にして試料6を作製した。
(Comparative Example 3)
As in Example 3, after inserting the fine particle dispersion into the mold and then performing pressure molding while applying a magnetic field of 10 T (Tesla) using a superconducting magnet without cooling, the same as in Example 3 Thus, Sample 6 was produced.
電子顕微鏡を用いて、試料5と試料6の断面を観察したところ、試料5の方が、微細組織が、より配向していた。 When the cross sections of Sample 5 and Sample 6 were observed using an electron microscope, the microstructure of Sample 5 was more oriented.
1 熱電材料の結晶粒
2 点線の方向が磁化率の大きい方向
3 結晶粒の磁化率の異方性はランダム
4 熱電材料微粒子
1 Thermoelectric material crystal grains 2 Dotted line direction with large magnetic susceptibility 3 Crystal grain magnetic anisotropy is random 4 Thermoelectric material fine particles
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004190168A JP4423122B2 (en) | 2004-06-28 | 2004-06-28 | Method for producing oriented thermoelectric material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004190168A JP4423122B2 (en) | 2004-06-28 | 2004-06-28 | Method for producing oriented thermoelectric material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2006013240A JP2006013240A (en) | 2006-01-12 |
| JP4423122B2 true JP4423122B2 (en) | 2010-03-03 |
Family
ID=35780099
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004190168A Expired - Fee Related JP4423122B2 (en) | 2004-06-28 | 2004-06-28 | Method for producing oriented thermoelectric material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4423122B2 (en) |
-
2004
- 2004-06-28 JP JP2004190168A patent/JP4423122B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2006013240A (en) | 2006-01-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101982279B1 (en) | Thermoelectric material having high-density interface misfit dislocation, and thermoelectric device and module comprising the same | |
| KR20110052225A (en) | Nanocomposite thermoelectric material, thermoelectric element and thermoelectric module including same | |
| WO2018129476A1 (en) | Magnetocaloric alloys useful for magnetic refrigeration applications | |
| KR101774649B1 (en) | Thermoelectric nanocomposite and process for producing the same | |
| JP4375793B2 (en) | Method for manufacturing thermoelectric material | |
| JP4592209B2 (en) | Method for producing crystal-oriented bulk ZnO-based sintered material and thermoelectric conversion device produced thereby | |
| JP4281988B2 (en) | Method for producing oriented thermoelectric material | |
| JP2003246678A (en) | Method for producing composite oxide sintered body | |
| JP4423122B2 (en) | Method for producing oriented thermoelectric material | |
| JP2009004542A (en) | Thermoelectric material and method for producing thermoelectric material | |
| JP4595236B2 (en) | Thermoelectric material manufacturing method | |
| JP3896479B2 (en) | Method for producing composite oxide sintered body | |
| JP4400861B2 (en) | Oriented thermoelectric material and method for producing the same | |
| JP4768294B2 (en) | Method for producing alignment thermoelectric material and alignment thermoelectric material | |
| JP3896480B2 (en) | Method for producing composite oxide sintered body | |
| CN1614054B (en) | Cobalt antimonide based thermoelectric composite material and its preparation | |
| JP4636872B2 (en) | Oriented thermoelectric material and method for producing the same | |
| JP4810087B2 (en) | Oriented thermoelectric material and method for producing the same | |
| JP4731957B2 (en) | Thermoelectric material | |
| JP5533268B2 (en) | Oriented thermoelectric material and method for producing the same | |
| JP4773734B2 (en) | Oriented thermoelectric material and method for producing the same | |
| JP4281989B2 (en) | Method for producing oriented thermoelectric material | |
| JP4340768B2 (en) | Whisker crystal of thermoelectric conversion layered cobalt oxide NaxCoO2 and method for producing the whisker crystal | |
| KR101092254B1 (en) | Synthetic method of bulk-thermoelectric materials consisting of nanorod or nanowire constituents | |
| JP2007115865A (en) | Oriented thermoelectric material and method for producing the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060726 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090612 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090616 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090806 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090908 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20091109 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20091201 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20091207 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121211 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4423122 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131211 Year of fee payment: 4 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |