【ナノ】銀ナノシートを有する層状化合物において超高電子移動度を実現−室温以下で動作する新しい熱電変換素子の開発に道

銀ナノシートを有する層状化合物において超高電子移動度を実現　〜室温以下で動作する新しい熱電変換素子の開発に道〜

　東京大学は2013年4月22日，最先端研究開発支援プログラム（FIRST）の課題名「強相関量子科学」事業の一環として，
同学大学院工学系研究科の石渡晋太郎 准教授と理化学研究所創発物性科学研究センターの十倉好紀センター長らの
研究グループが，層状化合物β-CuAgSeは室温程度の熱を効率的に電気エネルギーに変換する熱電変換素子の材料と
して有望であることを発見したと発表した．本研究成果は，英国科学誌Nature Materialsのオンライン版で公開された（注）．

　熱電変換素子は，熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換する機能をもち，廃熱から電気を作り出せる，環境に負荷を
かけないクリーンな発電技術として注目されている．また，この素子は電流を流すことで温度勾配をつくり出すことも可能で，
これを利用したペルチエ式クーラーは，光通信用半導体レーザー・医療機器などの冷却装置として広く実用化されている．
しかし，代表的な熱電材料のビスマス-テルル系化合物は長年の改良にも拘らず，その熱電変換効率が10%程度に止まり，
新しい熱電材料が求められていた．

　熱電変換効率を決める無次元性能指数ZTはZT＝σS2T/κ（σ：電気伝導度，S：Seebeck係数，κ：熱伝導率，
T：高温側と低温側の平均温度）と表わされ，σは電子移動度に比例するから，電子の移動度を高く，熱伝導率を低く
するとよい．しかし，結晶格子に乱れを導入して熱伝導率を低下させると電子移動度も低下する．そこで本研究グループは，
銀を主要元素とするβ-Ag2Seが格子乱れを有するにもかかわらずビスマス系化合物と同程度の移動度を示すことに着目し，
その類縁物質であり，化学置換に適した層状構造をもつβ-CuAgSeの熱電性能を調べた．

　先ず，β-CuAgSe多結晶インゴットは巨大磁気抵抗効果と大きなシュブニコフ・ド・ハース振動を示し，ガラス並に低い
格子熱伝導率をもちながらも，低温で20,000cm2V-1s-1という非常に高い電子移動度を示した．これに組成と格子の
乱れを与えるNiを添加すると，β-Cu0.9Ni0.1AgSeの多結晶試料はCu-Se層の乱れが増大したにもかかわらず，移動
度は上昇して10Kにおいて，90,000cm2V-1s-1に達し，ZTを高めることができたという．第一原理計算を行ったところ，
β-CuAgSeは半金属で，銀のs軌道からなる伝導帯が高移動度の電子伝導を担う一方で，Cuのd軌道とSeのp軌道か
らなる価電子帯はほとんど伝導に寄与しないことが分かった．従って，β-CuAgSeの系は，高移動度の銀ナノシートと乱れを
許容するCu-Seナノシートからなる自然超格子構造によって実現した，新しいタイプの高性能熱電材料であると結論している．

　研究チームは，β-CuAgSeが，今後さらなる化学置換・ナノ構造制御を行って，体温のような室温程度の熱を利用した
発電機や，高い冷却能力をもったペルチエ式クーラーに応用されることを期待している．

ナノテクジャパン　2013/05/07
https://nanonet.go.jp/mue63k030-281/#_281

銀ナノシートを有する層状化合物において超高電子移動度を実現 -室温以下で動作する新しい熱電変換素子の開発に道-
物理工学専攻　石渡晋太郎 准教授、十倉好紀教授
東京大学工学部プレスリリース　2013/04/22
http://www.t.u-tokyo.ac.jp/epage/release/2013/2013042201.html

Extremely high electron mobility in a phonon-glass semimeta
S. Ishiwata, Y. Shiomi, J. S. Lee, M. S. Bahramy, T. Suzuki, M. Uchida, R. Arita, Y. Taguchi and Y. Tokura
Nature Materials (2013) DOI：10.1038/NMAT3621 Published online 21 April 2013
http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat3621.html

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さっぱり分からんが、頑張ってくれ。

俺もわからんが最後の２行に希望が見えた気がする。勘で

十倉先生のところは相かわらず凄い

まだ現物が出来たわけじゃないのか

ペルチェ素子の効率が悪いから、効率の良い材料を探してた。
銀ナノシートを使ったらなんかよさげなので公表と共にどや顔しとく。

あ、実用化は相当先のはなしだから

こういう研究をやっている人及びそういう人材になりうる学生たちの足を引っ張ってはいけないね

後半部分は何を言っているのか
分からんわw

まぁ頑張って下さい。

いや物性が違う物質が層状に重なってできた物質に、
従来の熱電変換効率を求める式を適用していいのか？

実際にそれで計算どおりの効率が高い結果が出た？

なんで現物を作成して実験しないの？

ttp://dl1.getuploader.com/g/Elixir/4858/20130218_033950.jpg

永久機関だろこれ・・・
間違い無い、まだスレタイしか読んでないが
俺の感は当たる

熱→電気の効率が100％になったとしても
熱の系外への拡散を０にはできないだろうから永久機関は無理じゃね

石渡晋太郎准教授‥‥バカ。
十倉先生‥‥やはりボケてきたなwwwww

>>9
良いに決まってんだろ

そもそも、銀ナノシートって言ってるけど
人工超格子でもない、普通にある結晶構造だぞ

>>10
>>1くらいちゃんと読めよ

>>1
ディスプレイ抜きの携帯機器ぐらいなら、体温発電で自給できるようになるかなｗ

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家の外壁と内壁をこれで造れば
エネルギーのいらない空調設備が出来るんだね！