매우 효율적인 바카라 하는 법 전환을 가능하게하는 새로운 유형의 큰 진폭 원자 진동

고급 산업 과학 기술 연구소 [Nakabachi Ryoji 의장 (Nakabachi Ryoji) (이하 AIST "에너지 절약 연구 부서) [Munakata Tetsuo 회장 Munakata Tetsuo], 바카라 하는 법 전환 그룹, 과학 및 기술 대학원, Suekuniku Koichiro 부교수 인 Suekuniku Koichiro 부교수, 새로운 고성능 칭호 칭바카라 하는 법 재료에 대한 새로운 디자인 가이드 라인을 제안했습니다

바카라 하는 법 발전에서 열 흐름의 일부는 전기 흐름으로 변환되어 전기를 생성합니다 높은 바카라 하는 법 성능을 달성하려면 높은 전기 전도도와 낮은 바카라 하는 법도율이 필요합니다 이것들은 일반적으로 모순 된 특성이지만 동일하게 달성하기 위해 원자의 큰 진폭 진동 (rattling)는 효과적인 것으로 알려져 있습니다 그러나, 지금까지, 쥐 고리는 원자가 바구니에 포함되는 구조를 갖는 바구니 모양의 재료에서만 발생하는 것으로 생각되며, 쥐 고리에 의한 바카라 하는 법 성능을 향상시킬 것으로 예상되는 재료가 제한되어 있습니다

반면 에이 연구 그룹은 지금까지 바구니와 같은 구조가 없습니다Tetrahedrite그러나, 우리는 쥐 고리가 발생하고 있음을 발견했지만 문제는 원인을 명확히하는 것이 었습니다 이번에는 바구니와 같은 구조 없이도이 사면체를 자세히 조사했습니다비행기 조정구조는 쥐 고리를 유도 할 수 있으며 그 원인이 드러났다 이 성과는 바카라 하는 법 재료 검색 범위를 극적으로 확장하고 바카라 하는 법 성능이 높은 새로운 재료 생성에 기여할 것으로 예상됩니다

이 업적에 대한 세부 사항은 2018 년 2 월 1 일 (현지 시간)에 제공됩니다고급 재료(고급 자료)에서 온라인으로 게시

바구니와 같은 재료 (왼쪽) 및 평면 조정 재료 (오른쪽)의 큰 진폭 원자 진동의 개념 다이어그램

재생 가능 에너지의 대량 도입 시대를 보면서, 연구 및 개발은 빛, 열, 진동 등을 사용하는 발전 기술에서 적극적으로 수행되고 있습니다 이들 중 하나는 바카라 하는 법 재료 (고형물)를 사용하여 자연 열, 사용하지 않는 폐 열, 전기로 배포 된 미세한 가열, 공간을 절약, 진동 및 긴 수명과 같은 장점을 갖는 기술입니다 고효율 바카라 하는 법 발전을 위해Seebeck 계수크고 전기 전도도가 높지만 바카라 하는 법도율이 낮고 후보로 바스켓과 같은 구조를 갖는 재료가 필요합니다Type-1 Classrate화합물 및 충전Skutterudite화합물 등이 알려져 있습니다 이 물질에서, 바구니에있는 원자의 쥐 고리가 사용된다그리드 진동방해가되므로 바카라 하는 법도율이 낮습니다 지금까지 쥐 고리의 사용은 고성능 바카라 하는 법 재료를 개발하기위한 지침 중 하나로 간주되었습니다

AIST는 자연적으로 발생하는 구리 황화 구리 광물 인 Hokuriku University of Science and Technology University 및 기타 대학과 협력했습니다₁₂SB₄S₁₃)공로의 차원 수치ZT07 (AIST : 자연에 존재하는 미네랄을 사용하여 바카라) 또한이 재료는 바카라 하는 법도율이 낮습니다 (lttice 바카라 하는 법도율 κ_l≤1 wk^-1m^-1)의 원인이라고 제안되었습니다 그러나 바구니와 같은 구조가없는 사면체가 쥐 고리를 초래 한 이유는 명확하지 않았다 원인을 명확히하기 위해 AIST는 당시 Suekuni 부교수가 그곳에있는 Hiroshima University와 협력하여 연구를 시작했습니다

이 연구 개발의 일부는 연구 주제 "쥐 고리와 고독한 쌍의 융합 활용에 의한 바카라 하는 법 재료의 개발"의 지원으로 수행되었다 (2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016 -2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016 -2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016 -2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-2016-

이번에는 4 가지 유형의 사면체₁₂SB₄S₁₃, cu₁₀Zn₂SB₄S₁₃, cu₁₂as₄S₁₃, cu₁₀Zn₂as₄S₁₃합성되었고, 이들의 결정 구조는 큰 싱크로트론 방사선 시설 Spring-8의 빔라인 (BL02B2)에서 분말 X- 선 회절 실험에서 검사되었고, 대규모 고도로 양성자 가속기 조항의 빔라인 (BL14 Amateras)에서 비탄성 분말 중성자 산란 실험에서 검사 하였다 또한 전자 상태는입니다첫 번째 원칙 계산에 의해 조사되었습니다

이들 실험으로부터, 모든 샘플에서, Cu 원자는 S 원자로 구성된 삼각형이다 (S₃삼각형)에 수직 인 것으로 밝혀졌지만, 진폭과 에너지는 각 샘플마다 다릅니다 결정 구조 파라미터를 쥐 고리 진폭과 비교할 때, S₃삼각형의 면적이 작을수록 원자 변위 매개 변수가 클수록의 크기를 나타내는 것으로 밝혀졌습니다 (그림 1) 이는 움직이는 공간이 증가함에 따라 바스켓과 같은 재료로 진폭이 증가한다는 사실과 대조적입니다 또한, s₃삼각형의 영역이 작을수록 쥐 고리 에너지가 낮다는 것이 밝혀졌습니다 이것은 s₃삼각형의 면적이 감소함에 따라 Cu 원자가 평형 위치에서 이동하는 데 필요한 에너지가 감소함에 따라 Cu 원자가 진동 할 가능성이 높다는 것을 의미합니다 이들 결과로부터, 사면체에있는 Cu 원자의 쥐 고리는₃삼각형 내에서 화학적 압력을받는 Cu 원자가 삼각형의 평면에서 탈출하려고 시도했을 때 만들어졌습니다

그림 1 S3삼각형의 중심에 위치한 Cu 원자가있는 평면 쥐 고리의 개념 다이어그램 (상단) (및 다양한 재료3삼각형 영역과 Cu 원자의 진폭 사이의 관계 (하단)

또한 Cu 원자의 진폭이 증가함에 따라, 진동 너머에 위치한 안티몬 (SB) 또는 비소 (AS) 원자의 진폭도 증가하는 것으로 관찰되었다 (도 2) 첫 번째 원리 계산은 SB 원자와 원자로 사용될 수 있도록합니다로컬 페어 (Lone Pair)가 있음이 확인되었지만, Cu 원자의 쥐 고리는이 고독 쌍을 통해 SB를 흔들고 원자로 흔들리는 것으로 여겨진다 이러한 방식으로, 격자 진동은 쥐 고리 및 고독한 Cu 원자 쌍을 통한 원자의 변동에 의해 강하게 방해되고, 열이 산란되며, 이는 사면체의 바카라 하는 법도성이 낮은 원인으로 생각된다

그림 2 SB/AS 원자 (수직 축)와 Cu 원자 (수평 축)의 원자 변위 파라미터 간의 관계

이 결과에서 평면 조정 구조가있는 사면체의 경우₃삼각형 평면의 화학적 압력은 중앙 원자에서 Cu 원자를 덜 둔다는 것이 밝혀졌습니다 기존의 쥐 고리와는 달리,이 평면 쥐 고리에는 바구니와 같은 구조가 필요하지 않습니다 이러한 평면 조정 구조를 갖는 막대한 양의 재료 시스템이 있기 때문에, 원자 등을 대체하여 평면 내에서 효과적인 화학적 압력을 증가시켜 평면 쥐 고리를 유도하기 위해 이러한 재료의 재료를 설계함으로써, 새로운 바카라 하는 법 재료가 고성능으로 발견 될 것으로 예상된다

앞으로, 우리는 평면 조정을 취하는 기존 재료에 대해 더 큰 반경으로 원자와 중앙 원자를 대체하여 바카라 하는 법도율을 줄이고 더 높은 성능을 가진 새로운 바카라 하는 법 재료를 개발하는 기존 재료에 대한 더 큰 반경으로 원자로 대체함으로써 더 높은 성능을 가진 새로운 바카라 하는 법 재료를 개발하는 것을 목표로합니다

◆ 바카라 하는 법제 재료, Seebeck 계수

열 에너지 (온도 차이)를 전기 에너지로 직접 변환 할 수있는 재료 매우 효율적인 전환 (발전)의 경우, 재료는 큰 시브 벡 계수와 높은 전기 전도도를 가져야합니다 여기서, SeeBeck 계수의 생성물과 재료의 두 끝 사이의 온도 차이 ΔT는 생성 된 전압 ΔV = SΔT가된다 이러한 온도 차이를 유지하려면 재료는 또한 바카라 하는 법도율이 낮습니다[참조로 돌아 가기]

◆ rattling

원자는 매우 큰 진폭에서 진동합니다 크게 진동함으로써 열이 산란하고 바카라 하는 법도율을 줄이는 효과가 있습니다 Rattling은 아기 장난감 "Rattle"에서 나왔다고합니다[참조로 돌아 가기]

◆ Tetrahedrite

기본 화학적 공식이있는 자연적으로 발생하는 미네랄₁₂SB₄S₁₃CUS₄Tetahedron, CUS₃삼각형, SBS₃삼각형 피라미드로 구성된 매우 복잡한 입방 구조를 가지고 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 분수 정렬

다른 원자가 하나의 원자 주위에 결합되는 국소 구조와 이들 원자는 모두 같은 평면에 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ Type-1 클래스

화학식 A₈e₁₆m₃₀(a = ba, sr, eu; e = al, ga, in; m = ge, sn) 그것은 큰 바구니와 같은 구조를 가지고 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ Skutterudite

화학식 RT₄x₁₂(r = 희토류; t = fe, ru, os; x = p, as, sb) 그것은 큰 바구니와 같은 구조를 가지고 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 그리드 진동

고체의 원자는 평형 위치 주위에서 진동합니다 파도로 고체를 통해 전달되고 열이 전달됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ 공로의 치수 그림 (ZT), 격자 바카라 하는 법도도 (κ_l)

ZT바카라 하는 법 재료의 성능을 나타내는 지표입니다 절대 온도 T, Seebeck 계수 S, 전기 전도도 σ, 바카라 하는 법도도 κ 전자에 의해 기여하는 κ_e, 격자 진동에 의해 기여하는 열 전도도 κ_lZT= s²σ (κ_e+κ_l)^-1t 높은 바카라 하는 법 성능은 높은 S 및 σ 및 낮은 κ_e및 κ_l필요합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 첫 번째 원칙 계산

양자 역학의 기본 법칙에 따라 전자 상태를 계산하는 방법[참조로 돌아 가기]

◆ 로컬 페어 (론 페어)

원자 내 결합에 관여하지 않는 가장 바깥 전자 쌍 일반적으로 불안정하고 쉽게 공유 결합을 형성하며 종종 결정 구조의 변화를 유발합니다[참조로 돌아 가기]