【物理学】世界初、熱電変換物質の性能を高める仕組みを解明

広島大大学院の宇田川真行、高畠敏郎両教授（物性物理学）らの研究
グループは、熱エネルギーを電気に変える熱電変換物質について、その
性能を高める仕組みを世界で初めて実験で解明した。

自動車や発電所の排熱から高い効率で発電する「夢の物質」への第一歩。
有力な省エネ技術として期待される。

熱エネルギーを電気に高い効率で変えるには、熱電変換物質の熱伝導率を
下げ、電気だけを通しやすくすることが最大のポイント。
これまで、熱電変換物質を構成する原子の不規則な運動が熱伝導率を低下
させることは知られていた。しかし、具体的にどう運動すれば熱伝導率が
下がるのかは未解明のままだった。

宇田川教授らは昨年末、レーザー照射による光の散乱を活用し、熱電変換
物質の原子の動きを観測。かご状に配列した複数の原子がつくる枠の中で、
別の原子が非中心の回転をするほど、熱伝導率が低下することを突き止めた。

さらに回転運動が起きる原因は、複数の原子がつくる枠が膨張するためである
ことも確認。バリウム、ガリウム、スズの化合物がつくる枠を人為的に膨張させ、
熱伝導率を半分に下げることに成功した。

今後は企業などとの共同研究を通じ、熱伝導率を下げる仕組みを応用。
高い変換効率性能を持つとともに、実用化可能な低コストの熱電変換物質の
開発に取り組む。

ソース：http://www.chugoku-np.co.jp/News/Tn200805310036.html
画像：http://www.chugoku-np.co.jp/News/Tn20080531003601.jpg
中国新聞　2008年5月31日

http://www.hiroshima-u.ac.jp/dircate.php?dir_id=0&lang=ja&id=3944&fl=nif&sel=0
広島大学HP掲載記事

※依頼スレ#619より立てました

後の太陽炉開発の布石である

教授う〜！一杯ひっかけたの？

どのくらい性能を高めるのか、一切、数値がない記事。評価できないじゃん。

>>4
>>1を読めよ、物質中の原子がどのような動きをすれば効率が上がるか、
それを解き明かしたのだ。材料を開発した訳じゃない。
材料開発はこの理論を元に、そうなるような物質を作る事になる。

これまでは、作ってみたら性能が良かった悪かった、だったのを
こういう原子配列なら、性能が上がるよね、どうやってそう作ろうか？
に変わる訳だ。

車のエネルギー効率を良く見積もって３０％程度とすると　ロスの多くは熱だから
７０−８０％くらいに上がるのかな　リッター３０キロくらいは走りそうだな

>>5
いや、それでも理論的な効率が出るだろ。
例えば、0.001%効率上がるのって研究の価値ある？

>>7
ごめん。レスしたのが間違いだった。

>>7
ﾊﾞｰｶ

さりげなく日本は物理学得意だよね

>>7
詳細が知りたければ、ジャーナルを読めつーことでしょ
これは一般向けの発表

あとこれは、基礎研究だから具体的な数字は出せないと思うよ

>>7
の馬鹿さ加減に嫉妬

物質によって効率の向上は異なるから何とも言えん罠
性能を最大に近づける方法がわかっただけで

>熱電変換物質の熱伝導率を下げ、電気だけを通しやすくすることが最大のポイント

しかし、これの効果ってどのくらいなの？　数%？　数十%? もっと？

無次元性能指数で調べるといい
単純には熱伝導率が50％になると性能は2倍になる
ただし、熱伝導率を低くすると別のパラメータも変化して
思うように性能が上がらないのが熱電変換材料の難しいところ

>>13
>性能を最大に近づける方法がわかっただけで

なら、その理論値は出ないの？

研究発表：酸素を入れると火は激しく燃焼することが分かりました。

生徒「先生、それはどのぐらい激しく燃えるんですか！？」

>>16
個々の物質（ていうか正確には組成？）については理論値を計算はできるんじゃないかな
誤差がどのくらい出るのか知らないけど

ただし、この研究ではそんなことは目的じゃないけど

>>17
これある意味、全うな問答じゃネ？　「激しく」じゃ分からんじゃん。
オレのバカさ加減を例えてるなら、相応しくない。

>>18
>ただし、この研究ではそんなことは目的じゃないけど

でも、記事じゃ「有力な省エネ技術として期待される」って煽ってるし。

>>20
広島大学HPにはそんなこと書いてないし、新聞記者が勝手に書いたんじゃね
そういうこと書いたほうが読者の食いつきいいだろうし
真実は知らないが

>>21
だから、記事について言ってるだけだよ、>>4は。

こうやるとこうなるから、理想の動きをする物質考えるか

ってこと？

ああ、すまん、何かずれてるのか俺
何故、数値がないと評価できないのか俺には分からんからこれ以上答えようないや

>>24
まぁ、答えて貰おうとは思ってないけど、「すごいって煽るんなら数値だせよ」
っていう記事への注文だったんだけどね。

>>23
大体そんなところだと思う、作るの難しいだろうけどね

>>25
そう思ってたならなら最初からそう書けばいいのに
数値でなくてもすごいと思うけど

＞熱伝導率を半分に下げることに成功した

>>19
理系の研究って先生に教えを請う訳じゃないからなぁ、
もちろん、ご指導ご鞭撻は必要なんだけど。

>>17
な感覚って小学校の延長でパパママに代わって知識教えてくれるのが先生
って事だよな、この感覚で高校生になってる人には説明するのが難しい世界だと思う

>>26
そう書いたつもりだったんだがダメだったんだな。
例えば「核分裂の連鎖反応で大きなエネルギーが発生します」って言われても、
せいぜい白熱電球程度かなって想像する素人だから、概略数値が欲しい。

でもニコニコで、名物講師が化学教えてるのをみたら、
まるで英単語教えるような感じ、まるで歴史教えてるような感じで、
最近はあんなのが理系に進んでしまうのか？って思うとしょうがないのかも。

>>28
っていうか、「激しく」は「燃焼速度」とか、そんなんで説明すべきじゃ？
酸素が何をするか知らない人には。

>>25は　ゆとりの馬鹿

やっと話が理解できて　自分が馬鹿なことを言っていたことに気づいたが

プライドを守ろうと必死

教えてもらったらお礼ぐらい言えクズ！！

>>27
それでは熱伝変換の性能を直接倍上げるのか否かは不明。

>>32
あんたのプライドが大きすぎるんじゃネ？　記事については依然納得してないよ。

釣針太杉ｗ

熱からのエネルギー回収９９％ならＯＲヴェルトールも夢じゃないな！

オレは研究内容にイチャモンつけてるんじゃなく、
大げさに言えば「メディアが煽るなら根拠も説明しろ」ってことだし。

難しくてわかりまてん
＼(^_^)／

大昔から言われているラトリングだろ。
世界初でもなんでもないよ、マスゴミさんwww

超効率の良いベルチェクーラーができるという朗報ですか？
それとも外惑星探査の探査機の電池が、今より長持ちする？
教えて偉い人

でさぁ、この発見って、よく考えたら、広く熱伝導率の問題に応用出来るよな。
耐火断熱煉瓦の結晶構造とか、これまで手探りだったものを、見通し明るく頑張れる。

下手したらノーベル賞物に化けるかも知れない。

と言うことで、理論物理学の人と共同研究を始めた方が良いと思う。

で、ドラえもん開発の進捗状況はどれほどかね？

だから〜
公知なんだってwww

物理は全然わからないけど、使ったエネルギーは何処に消えてゆくんですか？

数値言われてもよー分からんな
家庭で使う電気の何日分かで言ってもらわんと

悲惨なゆとりの居るスレはここですか？

日本は物性強いし、高エネルギー物理も頑張ってるし、
今も、結構物理イケてるよねー。

研究成果が素晴らしいことであることと、
新聞記者が無駄に誇張をしているクソ記者だということはわかったｗ

熱電変換の効率を上げるには、この成果を利用して
最適な結晶構造を突き詰めるってことになるのかな？

日本は物理とか強いみたいだけど、逆に弱い分野って何？

廃熱利用って，そんなに意味のあることなの？

エロいひと，教えてください．

確かどこぞの電装メーカーが
自動車用に排気ガスの熱から発電するやつを試作したんだよな

>>49
先進国レベルで言えば、
宇宙、薬学、博物学、言語学、社会学、史学、経済学、金融工学、哲学、文学、アルゴリズム。

熱電変換の理論効率ってどう計算したらいいの？

>>53
１００度→30度を30度→100度と考えて、熱効率を求めるのが第一段階だけど、
その他諸々が関係するとは思う。

熱電対で発電できないのか？

大阪産大の熱電犬で実用化済み。

ちとは左翼を認めろよ
http://money6.2ch.net/test/read.cgi/seiji/1212338058/l50ちとは左翼を認めろよ
http://money6.2ch.net/test/read.cgi/seiji/121233805ちとは左翼を認めろよ
http://money6.2ch.net/test/read.cgi/seiji/1212338058/l50

ちとは左翼を認めろよ
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>>54
基本はカルノーサイクルで、熱機関で仕事に当たる部分が、
熱電では電荷の拡散に費やされているという考えでいいんでしょうか？

熱力学は不得手ですが orz

(゜Д゜)・・・・こ、これがゆとりか・・・

熱って何だろう

これはすごい
そのうち肌着に織り込まれるようになって
TVも照明も、家庭の電気全てまかなえる様になるかもな
そして凍死者続出の社会問題へと・・・

>>41
あんまり応用効かないかと、
熱伝導率を上げてと抵抗は下げるって物質だからすごいわけ

>>62
＞これまで、熱電変換物質を構成する原子の不規則な運動が熱伝導率を低下
＞させることは知られていた。しかし、具体的にどう運動すれば熱伝導率が
＞下がるのかは未解明のままだった。

いや、だから、そうじゃなくて、最初のニーズは確かに熱電変換物質の高効率化だけど
得られた知見は、

＞宇田川教授らは昨年末、レーザー照射による光の散乱を活用し、熱電変換
＞物質の原子の動きを観測。かご状に配列した複数の原子がつくる枠の中で、
＞別の原子が非中心の回転をするほど、熱伝導率が低下することを突き止めた。

＞さらに回転運動が起きる原因は、複数の原子がつくる枠が膨張するためである
＞ことも確認。バリウム、ガリウム、スズの化合物がつくる枠を人為的に膨張させ、
＞熱伝導率を半分に下げることに成功した。

って事で、熱電変換物質に限らず広く、高効率の熱伝導物質や、極めて高い断熱素材の開発を
分子デザインで行える知見を得た、得る方法の目処を付けたって事になるでしょ。
熱伝導率の高い物質も、低い物質も、みんなが欲しがってる。もちろん耐久性も必要だしで。
いろいろな物質、セラミックとか、半導体とかでも、熱は何時も問題。でも普段は結局、諦めて
耐久性が有るけど、３００度までとか、こうしたら４００度までは耐えられたとか、ほとんど当て物の
レベルで開発してのを、こういう結晶構造でこういう風に配列してると最高ここまで行ける、とか
分かるわけだから、結晶が小さくて駄目なら製造プロセスを見直せばいいし、強度的にギリギリまで
ある種の添加物をへらして、耐熱温度を上げるとか、細かくやれるわけじゃん。

そこが凄くないか？って話。

熱伝導率が低い発泡スチロールでエンジンとか作ったら廃熱利用、凄いできそうだな。

>>7
なんつーか、ゆとりもここまでくるとかわいそう

熱→電→熱

>>64
> 熱伝導率が低い発泡スチロールでエンジンとか作ったら廃熱利用、凄いできそうだな。
ちょwww
一瞬で爆裂wwwwww

>64
いい>67が釣れましたね

ちょwww
俺釣られたのかwwwwwww
発泡スチロール製のエンジン、ソースよろwwww

熱電対かな？

第二種永久機関に一歩前進？

超高効率エンジンとか理想だよなぁ

>71
実現不可能

>>71
熱が効率よく電気になるなら、事実上永久機関として使えるよね。

ユトリロ発見

よくわからんのだが、たとえば今まで、高熱に耐えるように設計されて
いたものが、熱電効率の良いもので覆うことによってそんな温度上がらなく
なるのか？
スペースシャトルの外壁を熱電効率の良いもので覆えばそのままエネルギー
を得られ、またそない高い温度に耐えれなくてもよくなるのか？
すまん、まったくの無知だ。見当違いならごめんなさい。

熱から電気を生むって、変えた時に使ったエネルギーはどこにいくの？冷たくなるの？

>>75
熱源側は耐熱性は変わらなく要る
遮断してる内側に熱か伝わりにくくなる(熱が電気になる)から、冷やさなくてよくなるな

>>69
夢を実現するのが科学だろう。熱を電機に変える高効率な手段がわかったんだから次は応用だ。

>>63
だから抵抗気にしなきゃいくらでも熱伝導率下げる方法があるんだって

>>76
熱いところから冷たいところへ熱が動こうとするエネルギーの一部を拝借するって考えればOK

>>78
言えば叶うとでも思ってるのかｗ

>>79
お前全く俺の言ってること理解してない。
熱電変換物質に限らずに考えろとと言ってる。

とと

>81
俺は>79じゃないが
物理法則から言って他の回答が無い。

>>83
後、５年くらいしたら、君にも俺が何言ってるのか分かる時代が来ると思う。
そう言い残しておくよ。

ついに地熱発電の真の威力が発揮されるか…

ホント、日本の未来はエネルギー資源の夢が詰まってるな

地熱だけじゃないだろ。

熱電変換が実用レベルまで持ってこれたら
もし温度差が100K程度でも熱電変換できるようになったら、温暖化問題も資源の問題も果ては食糧問題もすべて解決できるんだろうな
高効率になれば、将来的には車に燃料を積まなくてもヒートポンプを使って大気中に熱エネルギーがある限り無限に走り続けれる


そうなると今度は地球温暖化じゃなくて地球寒冷化が社会問題になりそうだな

【エネルギー】大阪大学など、性能２倍の熱電変換材料を開発
http://news24.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1216982179/l50

1 グラムの水 1 度分の温度差が 1 カロリーで、1 カロリーは 4.184 ジュール。
したがって、1 トンの水の 1 度分のエネルギーを完全に電力に変換できたとしたら、
4.184 メガジュール（1.162 キロワット時）の電力を取り出せることになる。
>>1 に書かれた変換効率（10〜15％）を掛けると、0.11〜0.17 キロワット時という数字になる、
簡単のため、0.15 キロワット時とする。
20 度の海水 1 トンを汲み上げて低熱源とし、>>1 の素子で囲まれたパイプを通しながら、
30 度の大気を高熱源として熱流を生じさせると、
この 10 度分の温度差から 1.5 キロワット時の電力を得られることになる。

……という理解でいいの？
間違ってるなら、どこが間違ってるか教えて。

>>88
このひと達、こんな毒物三重奏でホントに人類のこと考えてるの？
大学だから実用化より名前売れればいいか。

>>89
それは理論的な最大値だろ。工学的には０点。
海水とパイプ、大気とパイプの熱伝達を考えたら、20度と30度では実際は数度の温度差ではないか？
これだけで1/5とすると藻前の計算によれば0.3キロワット時になってしまうぞ。
工場用だと1キロワット時10円くらいだから、1トンの海水と膨大な空気を動かしてもメリットは3円ということ。
海水を汲み上げるのと大気を送り込むのに必要なエネルギーで莫大にマイナスになるからだれもやりません。
低温度差発電にだまされる典型例サンクス。

あと設備投資の回収も考えないとだな。

>>90
>このひと達、こんな毒物三重奏でホントに人類のこと考えてるの？

食う訳じゃないから別にいいじゃん。

>>90
ヒドラジンや液体ナトリウムが役に立つ世界だってある。

>>91
考えない奴が存在するわけがない。

何を基礎研究にいちゃもんつけて粋がってるんだか・・・馬鹿じゃないの？

バカだからいちゃもん付けていい気分になっているんじゃないの