高性能熱電材料單結晶化,可望促進不使用有毒元素之熱電轉換

 

刊登日期:2023/11/14
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北海道大學與名古屋大學、釜山大學合作,成功地實現了即使在高溫、空氣中亦呈現穩定之高性能熱電材料「Ba1/3CoO2」的單結晶化。

熱電材料可望做為工廠、汽車之高溫排熱的再資源化材料而受到關注。其中,氧化物熱電材料具有熱穩定性與化學穩定性,且比PbTe等金屬硫屬化物熱電材料的毒性更小。由於此一特性,將可望成為能在高溫、空氣中使用的熱電材料。

當Ba1/3CoO2等熱電材料以附著於基板上的薄膜狀態進行利用時,熱量會傳遞至基板而降低其性能。此外,由於陶瓷形態時的熱電性能明顯降低,為達到實用化即須利用單結晶形式。

此次研究團隊著重於在藍寶石基板上生成Ba1/3CoO2單結晶薄膜時,在薄膜和基板之間的界面處自然產生的水溶性Ba-Al-O層。研究團隊將其浸入40℃的熱水中,俾使Ba-Al-O層溶解,進而讓Ba1/3CoO2單結晶膜從藍寶石基板上剝離,成功地取出獨立結晶膜層。

利用電子顯微鏡對單結晶膜進行觀察後,發現厚度約為600 nm的薄膜並未有明顯的缺陷,並確認了源自層狀構造的原子排列。另就熱電性能進一步測量後,可知薄膜維持了與剝離前相同的高熱電性能。

透過此次的研究,將可望推進Ba1/3CoO2做為熱電轉換材料的實用化。今後研究團隊將進一步展開新材料單結晶的大型化、應用開發等研究,以及有助於提高單結晶熱電特性的基礎研究。


資料來源: https://www.hokudai.ac.jp/news/2023/10/post-1335.html
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