자연에 존재하는 미네랄을 사용하여 바카라 사이트 생성으로 제작

Hokuriku University of Advanced Science and Technology (JAIST)의 재료 과학 대학원 Suekuni Koichiro 조교수, Oyano Mikio 부교수, 바카라 사이트 전환 그룹의 연구원, Ota Michihiro, Energy Technology Division (Adianced Industrial and Technology), Yamamoto Jun 연구소 (AST), NISHIBOI의 연구원, 이사, NISHIBORI의 이사, 이사 Riken RSC-Rigaku Cooperative Center, Riken RSC-Rigaku Cooperative Center, Riken은 자연에 존재하며 인간에게 친숙한 구리와 황이 풍부한 미네랄 인 사면체는 약 400 ° C에서 높은 바카라 사이트 전환 성능을 나타냅니다 또한, 우리는이 고성능이 복잡한 결정 구조와 구리 원자의 비정상적으로 큰 진폭 원자 진동으로 인한 바카라 사이트도율이 매우 낮기 때문이라는 것을 밝혀냈다 이러한 결과는 친숙한 요소로 만든 재료를 사용하여 환경 친화적 인 바카라 사이트 발전의 실현에 크게 기여했습니다

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지난해부터 Jaist Research Group은 친숙하고 환경 친화적 인 요소 인 Cu (구리) 및 S (황)를 함유 한 미네랄에 중점을 두어 바카라 사이트 재료를 탐색 해 왔습니다 결과적으로 약 1 년 전, 나는 Applied Physics의 영어 문학 저널에 자연에 존재하는 황화물 미네랄 인 사면체와 거의 동일한 조성물을 갖는 인위적으로 합성되었으며 실온에서 비교적 높은 바카라 사이트 전환 성능을 나타냈다 이 성과는 황화물 바카라 사이트 재료 개발에 실적을 가진 AIST로 개발 되었으며이 연구에서는 사면체 부모 Cu₁₂SB₄S₁₃'s Cu는 Ni (니켈)로 약간 대체되어 있으며 약 400 ° C에서 실용적인 중간 온도 범위에서 높은 차원의 바카라 사이트 전기 그림입니다ZT= 07 (7% 변환 효율에 해당)을 발견했습니다 이 값은 기존의 P- 타입 리드 프리 황화물 중 최고입니다 사면체는 유망한 바카라 사이트 재료로 간주되며, 작년 말 미국 미시간 주립 대학 (Michigan State University)의 그룹은 Zn (아연) 및 FE (철)로 대체 된 재료의 높은 바카라 사이트 전환 성능이 전 세계적으로 관심을 끌고 있다고보고했습니다

사면체의 높은 바카라 사이트 전환 성능은 실리카 유리 크기의 약 절반 인 격자 바카라 사이트도도가 매우 낮기 때문입니다 바카라 사이트도율이 낮은 이유를 명확히하기 위해 바카라 사이트 재료의 결정 구조 분석에서 입증 된 실적을 가진 대형 싱크로트론 방사선 시설Spring-8 싱크로트론 방사선을 사용하여 파우더 X- 선 회절 실험을 수행하여 결정 구조 및 원자 진동을 자세히 조사했습니다 결과적으로 CUS₃삼각형의 중심에 위치한 Cu 원자는 삼각형 평면에 수직 인 방향으로 느리고 큰 진폭 진동을 가지고 있음이 밝혀졌습니다 이 결과로부터, Cu의 비정상적으로 큰 진폭 원자 진동은 하드 Cu-Ni-SB-S 네트워크를 통한 열을 억제하여 바카라 사이트도율이 낮은 것으로 여겨진다

이 연구에서, 우리는 오랫동안 미네랄 자원으로 알려진 황화물 미네랄 인 사면체가 바카라 사이트 재료로 유망하다는 것을 발견했다 또한, 미네랄에서 낮은 바카라 사이트도율을 제공하는 결정 구조의 특성화는 환경 친화적 인 고성능 바카라 사이트 발전 황화물 미네랄의 발달에 획기적인 발전을 열어줍니다

이 결과는 1 월 28 일 (미국 시간)에 미국 응용 물리학 학회지에서 발표되었습니다 "Journal of Applied Physics"의 온라인 버전에 실 렸습니다

이 연구는 과학 연구 스타트 업 지원, 과학 연구 보조금 및 열 및 전기 및 에너지 기술 재단의 연구 보조금을위한 일본 사회의 지원으로 수행되었습니다

　바카라 사이트 발전솔리드 스테이트 장치를 사용하여 열 (온도 차이)을 전기 에너지로 변환하는 기술입니다 최근 몇 년 동안 에너지 문제에 대한 관심이 높아짐에 따라 사용되지 않는 폐열을 효과적으로 활용할 수있는 바카라 사이트 발전이 주목을 끌었습니다 특히, 자동차 및 공장의 고온 배기 가스에서 엄청난 양의 중간 온도 폐 열 (300-500 ° C)을 사용해야합니다 기존 바카라 사이트 발전 시스템에 통합 된 Bismuth (BI)-텔루 륨 (TE) 기반 재료의 최대 온도 한계는 250 ° C이므로 중간 온도 범위까지 고성능을 나타내는 새로운 재료를 개발하는 것이 시급합니다 또한,이 온도 범위에서 유망한 것으로 간주되는 바카라 사이트 전기 재료는 실제 사용의 주요 장벽 인 납과 같은 많은 유해 요소를 포함합니다 따라서 기존 재료보다 안전한 재료를 개발할 필요가 있습니다

그림 1 (왼쪽) 천연 사면체 (CU, FE, AG, Zn)12SB4S13(AIST 지질 표본 건물에 의해 보유 된 표본) (오른쪽) Tetrahedolite Cu12-xnixSB4S13및 다양한 P- 타입의 무연 황화물에 대한 공로의 차원이없는 바카라 사이트 수치ZT

Jaist Research Group은 지난해부터 친숙하고 환경 친화적 인 요소 인 Cu (구리) 및 S (황)를 함유하는 황화물 미네랄을 만들어 왔습니다Tetrahedolite(그림 1 왼쪽) 결과적으로 약 1 년 전, 일본의 응용 물리학 문학 저널 인 CU_12-xtr_xSB₄S₁₃(tr: 전이 금속; SB : Antimony) 합성 및tr_x= ni_2.0(NI : Nickel)은 처음으로 (NI : 니켈)가 실온 근처에서 비교적 높은 바카라 사이트 전환 성능을 나타내는 것으로보고되었습니다 이 결과를 개발하기 위해이 연구에서 우리는 AIST와 협력하여 NI 교체 금액을 공동으로 도입했습니다x로 샘플을 제조 하였다 실용적인 온도 범위 인 최대 400 ° C의 성능에 대해 평가했습니다 또한, Jaist는 또한 Riken과 함께 결정 구조 및 원자 진동을 자세히 조사하여 낮은 격자 바카라 사이트도율의 원인을 명확히하여 사면체의 높은 바카라 사이트 전환 성능의 주요 요인입니다

Jaist의 독특한 바카라 사이트제 재료 설계 지침을 기반으로 Tetrahedolite Cu_12-xni_xSB₄S₁₃의 샘플 합성 | 수행되었습니다 다음으로 황화물 바카라 사이트 재료를 개발하는 실적을 갖는 AIST는 샘플의 고밀도 및 고온 물리적 특성을 수행했습니다 또한 Riken의 대형 싱크로트론 방사선 시설은 바카라 사이트 재료의 결정 구조 분석에 대한 실적을 가지고 있습니다Spring-8에서 수행되었고, 결정 구조 및 원자 진동에 대한 상세한 조사가 이루어졌다 이 결과는 여러 기관 간의 긴밀한 협력을 통해 달성되었습니다

CU는 이번에 만들었습니다_12-xni_xSB₄S₁₃의 부모x= 0공로의 차원 바카라 사이트 전기 그림ZT약 400 ° C (673K)의 실제 온도에서 05의 높은 값을 나타 냈습니다 게다가,x| 금액을 미세 조정하여ZT값은x= 15 구성이 07로 향상되었습니다 이 값은 약 7%의 바카라 사이트 전환 효율에 해당하며 과거에보고되었습니다P 유형이것은 무모한 황화물 중에서 가장 높은 값입니다 (그림 1 오른쪽) 사면체는 바카라 사이트 재료로 유망하고 있으며, 작년 말 미국의 미시간 주립 대학 (Michigan State University)의 그룹은 NI 대신 Zn (Zinc) 및 FE (철)로 대체 된 고성능을보고하여 전 세계적으로 관심을 끌었습니다

높은 사면체ZT실리카 유리 크기의 약 절반lttice 바카라 사이트도율이 낮은 격자 열 전도도의 원인을 결정하기 위해 결정 구조를 자세히 조사하고 CUS₃우리는 삼각형의 중심에 위치한 Cu 원자가 삼각형 평면에 수직 인 방향으로 천천히 (낮은 에너지) 큰 진폭을 진동한다는 것을 발견했습니다 (그림 2) Cu의 큰 진폭 원자 진동은 하드 Cu-Ni-SB-S 네트워크를 통해 전파되는 열을 억제하여 바카라 사이트도율이 낮은 것으로 여겨진다 이 큰 진폭 진동은 SBS₃SB³⁺Cu의 진동 상태에서 중요한 역할을 할 수 있습니다

그림 2 : 사면체의 결정 구조의 일부 CU가 SB 방향으로 큰 진폭을 어떻게 진동하는지 보여줍니다

이 연구에서 우리는 오랫동안 미네랄 자원으로 알려진 황화물 미네랄이 실제 중간 온도 범위에서 높은 바카라 사이트 전환 성능을 가지고 있음을 발견했습니다 또한, 미네랄에서 낮은 바카라 사이트도율을 제공하는 결정 구조가 특징이 더 높은 성능을 갖는 열 전기 황화물 미네랄의 발달로 이어지고, 환경 친화적 인 바카라 사이트 발전의 실현에 크게 기여한다는 사실

사면체의 성능을 향상시키고 고성능 바카라 사이트 재료를 발견하기 위해 유사한 구조물이있는 재료에주의를 기울이는 재료를 계속 개발하고 탐색 할 것입니다 또한, 환경 친화적 인 미네랄 바카라 사이트 발전 시스템을 개발함으로써 우리는 지속 가능한 사회의 실현에 기여할 것입니다

국립 선진 산업 과학 기술 연구소 독립 행정 기관
에너지 기술 연구 부서 바카라 사이트 전환 그룹
연구원 Ota Michihiro 이메일 : Ohtamichihiro * aistgojp ( @로 변경하고 보내주세요)

◆ 바카라 사이트 발전

Seebeck 효과를 사용한 발전 발전은 금속 또는 반도체 샘플 사이에 전압이 생성되어 두 끝 사이의 온도 차이를 생성하여 바카라 사이트 발전이라고합니다 원소 중 하나를 열원과 접촉하고 다른 하나는 열 목욕 (예 : 실내 온도 열 욕조 또는 수냉식 열 목욕)과 접촉함으로써 온도 차이를 생성하고 전기를 생성 할 수 있습니다 온도 차이로 전압은 비례 적으로 증가합니다[참조로 돌아 가기]

◆ Tetrahedolite

자연 발생 광물이며 일반적으로 (Cu, Fe, Ag, Zn)₁₂SB₄S₁₃와 같은 구성이 있습니다 사면체는 입방 구조를 가지며, 단위 세포에 최대 58 개의 원자를 함유한다 결정 구조는 cus₄Tetahedron, CUS₃삼각형, SBS₃피라미드에서 형성되어 매우 복잡합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 차원 바카라 사이트 전기 변환 지수 (ZT)

치수 바카라 사이트 전기 변환 지수 (ZT)는 절대 온도입니다t, 전기 저항ρ, Seebeck 계수S, 전자의 바카라 사이트도율κ_el및 격자의 바카라 사이트도율κ_lZT=S²tρ^-1(κ_el+κ_l)^-1로 표시됩니다 각 장치는t: k,S: vk^-1,ρ: ωm,κ: wk^-1M^-1고성능의 경우 낮음ρ높음S및 LOWκ_elandκ_l필요합니다 바카라 사이트 변환 요소를 배터리와 비교하면 낮습니다ρ높음S낮은 내부 저항과 높은 출력 전압에 해당합니다 전압 생성에 필요한 온도 차이를 더 쉽게 유지하려면 낮은 바카라 사이트도율이 필요합니다κ요청됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ P 유형

반도체에 일반적으로 사용되는 용어, 전기 전도성 담체의 유형 (유형)을 나타냅니다 구멍의 움직임으로 인해 전하가 이동하면 P- 타입이라고하며 전자를 책임지면 N- 타입이라고합니다 여기서, 응용 분야에 의미있는 Seebeck의 계수의 긍정적 인 징후를 가진 재료를 P- 타입 재료라고합니다[참조로 돌아 가기]

◆ Grattice 바카라 사이트도도

바카라 사이트도율은 열 전달의 용이성을 나타내는 물리적 양입니다 열은 일반적으로 결정 격자 및 전기 전도성 담체의 진동에 의해 운반됩니다 이 바카라 사이트도율로 결정 격자의 성분을 격자 열 전도도라고합니다[참조로 돌아 가기]