熱電轉換材料及熱電轉換材料的製造方法
2023-04-23 22:51:01 2
專利名稱：熱電轉換材料及熱電轉換材料的製造方法
技術領域：
本發明涉及熱電轉換材料及其製造方法，更具體而言，涉及比現有的複合氧化物系的熱電轉換材料的塞貝克係數更大、並且電阻率更低、輸出因子更大的熱電轉換材料及其製造方法。近年來，能夠將熱能直接轉化為電能的熱電轉換元件(熱電轉換模塊)作為一項有效的廢熱利用技術而備受矚目。作為用於這種熱電轉換元件的熱電轉換材料，現有技術中廣為人知的是利用了塞貝克效應的材料。而對於熱電轉換材料(熱電半導體)而言，由於優選賦予溫度差時產生的電壓盡 可能大，因此期待塞貝克係數(a)大的材料。另外，若流過電流時的電阻(電阻率P)大，則會產生焦耳熱而致能量喪失，因此期待電阻率P小的材料。而熱電轉換材料的特性通過稱之為輸出因子(P.F.)的由下式(I)定義的指標來確定。P. F. = a 2/p......(I)根據上述觀點，提出了一種熱電半導體元件，其使用的是含有以鍶和鈦為主成分的複合氧化物且在複合氧化物中散布有相互不接連的還原性物質相的氧化物陶瓷半導體(參照專利文獻I、權利要求I)。予以說明，作為散布的還原性物質相，可以舉出以鈦、鋯、鉭、鈮等為主成分的金屬相、或金屬碳化物相。進而,該專利文獻I中公開了塞貝克係數(a )為120 197 i! V/K的範圍、電傳導率為350 1010/Q cm的範圍的熱電轉換材料(表I、表2)。在此，根據上式(I)求算專利文獻I的熱電轉換材料的輸出因子(P.F.)，其值為
5.8 X 10_4 (表2的序號5) 2. 3 X 10_3W/K2m (表I的序號3)，雖然在申請當時具備了良好的特性，但目前謀求具有更大輸出因子的熱電轉換材料。另外，作為其他的熱電轉換材料，提出了一種熱電轉換材料，其為以鍶氧化物和鈦氧化物為主成分的複合氧化物，其包括稀土類元素和選自Nb、Ta、Sb、W、Si、Al、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn中的至少一種元素，且其電傳導率為100/Q(參照專利文獻2、權利要求I)。在該專利文獻2中公開的熱電轉換材料的塞貝克係數為-135 _330ii V/K的範圍，電傳導率為330 210/Q 的範圍。由該值按照上式(I)求算輸出因子(P.F.)，其值為3. 6X 10_3(專利文獻2的表I的No. 12) 4. 5X 10_3W/K2m (專利文獻2的表I的No. 3)。該輸出因子的值雖然比上述專利文件I的值大，但現在的事實是謀求具有更大輸出因子的熱電轉換材料。專利文獻專利文獻I :日本特開平5-129667號公報
專利文獻I :日本特開平8-236818號公報
發明內容
發明所要解決的技術問題本發明即為解決上述問題的發明，其目的在於提供一種塞貝克係數大、且電阻(電阻率P)小、輸出因子大的熱電轉換材料及其製造方法。解決技術問題的手段
為了解決上述問題，本發明的熱電轉換材料的特徵在於，以主成分為Ni的金屬材料作為主成分，且以10 30重量％的範圍含有含Sr、Ti及稀土類元素的氧化物材料。本發明的熱電轉換材料中，優選上述氧化物材料為SrTiO3系的氧化物材料。另外，本發明的熱電轉換材料的製造方法的特徵在於，具有準備31'1103系的氧化物粉末的工序；準備Ni金屬粉末的工序；將上述SrTiO3系的氧化物粉末與上述Ni金屬粉末混合、粉碎，製作混合物的工序；將上述混合物成型而製作成型體的工序；以及對上述成型體進行燒成的工序。發明效果由於本發明的熱電轉換材料以主成分為Ni的金屬材料作為主成分，且以10 30重量％的範圍含有含Sr、Ti及稀土類元素的氧化物材料，因此可使塞貝克係數增大，且使電阻(電阻率)降低，從而可得到輸出因子大的熱電轉換材料。另外，本發明的熱電轉換材料中，通過使用SrTiO3系的氧化物材料作為含有Sr、Ti及稀土類元素的氧化物材料，可以更加確實地得到塞貝克係數大、且電阻率低、輸出因子大的熱電轉換材料。予以說明，使用31'1103系的氧化物材料(SrTiO3系材料)作為氧化物材料時，通常優選使用在I 6mol%的範圍內利用稀土類的La、Ce、Dy、Er等置換了 Sr的材料。由此可更加確實地得到特性良好的熱電轉換材料。另外，由於本發明的熱電轉換材料的製造方法包括準備SrTiO3系的氧化物粉末的工序；準備Ni金屬粉末的工序；將SrTiO3系的氧化物粉末與Ni金屬粉末混合、粉碎，製作混合物的工序；將混合物成型而製作成型體的工序；以及對成型體進行燒成的工序；因此，可有效地製造塞貝克係數大、且電阻率低、輸出因子大的熱電轉換材料。
圖I是表示本發明的實施例的試料和比較用的試料的電阻率與溫度之間的關係的圖。圖2是表示本發明的實施例的試料和比較用的試料的塞貝克係數與溫度之間的關係的圖。圖3是表示本發明的實施例的試料和比較用的試料的輸出因子與溫度之間的關係的圖。
具體實施例方式以下例示本發明的實施例，更加詳細地說明本發明的特徵。
實施例I[I]不含Ni系金屬材料的氧化物材料的製作以及特性的評價(a)氧化物材料的製作作為氧化物材料，按照以下的方法製作SrTiO3系的氧化物材料。首先，作為SrTiO3系的氧化物材料的起始原料，準備SrCO3、TiO2、La2O3、CeO2、Dy2O3以及Er2O3的各粉末。進而，按照表I的組成稱量上述的起始原料粉末。接下來，將各起始原料粉末與作為溶劑的純水配合，並利用球磨機進行16小時的混合，得到漿料。接著，使得到的漿料乾燥，然後在大氣中、1300°C的條件下進行煅燒。接下來，以乙醇為溶劑，使用球磨機將得到的煅燒粉末粉碎、混合4個小時。接著， 在進行了粉碎、混合而得到的漿料中添加粘合劑、分散劑等有機成分並混合後，利用刮刀法成型為片狀。將製作的片材切割成規定的形狀，進行層疊以得到規定的厚度。接下來，用等靜壓法(isostatic press method)以200MPa的壓力對層疊體進行壓接,得到成型體。將得到的成型體在450°C下脫脂，然後在1200 1400°C下進行燒成，由此得到燒成體。(b)特性的評價該燒成體為不含有Ni系金屬材料的氧化物材料的燒成體，其不是具有本發明要件的熱電轉換材料，而只是其構成成分，為了與本發明的熱電轉換材料的特性相比較，按照以下說明的方法對其特性進行評價。首先，對通過上述方式製作的燒結體進行切割，製作縱5mm、橫5mm、厚IOmm尺寸的熱電特性評價用試料。接下來，對於該試料，通過直流4端子法測定190 450°C的溫度範圍內的電阻率。另外，同樣測定190 450°C的溫度範圍內的塞貝克係數。予以說明，該實施例中，塞貝克係數通過在190 450°C的溫度範圍內，對試料的兩端設定5°C的溫度差，測定其電動勢，並利用該值進行計算而求得。另外，根據求得的塞貝克係數、以及電阻率而算出輸出因子P。將250°C下的電阻率、塞貝克係數、輸出因子示於表I。
權利要求
1.一種熱電轉換材料，其特徵在於，以主成分為Ni的金屬材料作為主成分，且以10 30重量％的範圍含有含Sr、Ti及稀土類元素的氧化物材料。
2.根據權利要求I所述的熱電轉換材料，其特徵在於，所述氧化物材料為SrTiO3系的氧化物材料。
3.一種熱電轉換材料的製造方法，其特徵在於，包括準備SrTiO3系的氧化物粉末的工序；準備Ni金屬粉末的工序；將所述SrTiO3系的氧化物粉末與所述Ni金屬粉末混合、粉碎，製作混合物的工序；將所述混合物成型，製作成型體的工序；以及對所述成型體進行燒成的工序。
全文摘要
本發明提供一種塞貝克係數大、電阻率低、輸出因子大的n型熱電轉換材料及其製造方法。所述熱電轉換材料的組成為以主成分為Ni的金屬材料作為主成分，且以10～30重量％的範圍含有含Sr、Ti及稀土類元素的氧化物材料。將上述氧化物材料設為SrTiO3系氧化物材料。在製造熱電轉換材料時，可將SrTiO3系氧化物粉末和Ni金屬粉末進行混合、粉碎，製作混合物，將該混合物成型而製作成型體，然後經過對成型體進行燒成的工序而得到熱電轉換材料。
文檔編號C04B35/46GK102763233SQ201180010208
公開日2012年10月31日 申請日期2011年2月21日 優先權日2010年2月22日
發明者林幸子, 舟橋修一 申請人:株式會社村田製作所