九州大学、熱伝導度の低減による熱電特性向上のメカニズムを原子スケールで解明：注目ニュース✨
発表日：2024年10月18日
九州大学の研究チームが、熱電変換材料の性能向上メカニズムを原子レベルで解明することに成功しました。この発見は、廃熱を有効活用する技術の飛躍的な進歩につながる可能性があり、地球温暖化対策とエネルギー問題の解決に大きな一歩を記しています。
研究背景
テルル化スズ（SnTe）という熱電変換材料に銅原子を添加することで、材料の熱電特性が大幅に向上することが知られていましたが、そのメカニズムは十分に解明されていませんでした。
九州大学大学院工学研究院の研究グループは、最先端の走査型透過電子顕微鏡技術と情報科学的手法を駆使して、この謎に挑みました。
研究内容
研究チームは、銅添加テルル化スズ中の銅原子の位置を原子スケールで特定することに成功しました。
その結果、以下の重要な発見がありました：
銅原子は従来考えられていたスズサイトに存在するだけでなく、スズとテルルが作る結晶格子の隙間にも格子間原子として存在していることが判明しました。
この特異な銅原子の分布が、テルル化スズの熱伝導度を大幅に低減させ、結果として熱電効率の向上に貢献していることが示唆されました。
密度汎関数法を用いた理論計算により、銅原子が他の第一遷移金属元素と比較して格子間位置に存在しやすいことが理論的に裏付けられました。
この研究成果は、熱電材料の開発に新たな指針を提供するものであり、今後の革新的な熱電材料の創出につながることが期待されています。
熱電変換技術の向上は、産業界で発生する大量の廃熱を有効活用する可能性を秘めています。これは単に効率的なエネルギー利用を実現するだけでなく、地球温暖化の抑制にも大きく貢献する可能性があります。
この研究成果は、2024年10月4日に国際学術誌「Advanced Materials」のオンライン版で公開されました。論文タイトルは「Cu-Atom Locations in Rocksalt SnTe Thermoelectric Alloy」です。
本研究による影響
今回の発見は、以下のような幅広い影響をもたらす可能性があります：
産業廃熱の有効利用によるエネルギー効率の向上
CO₂排出量の削減による地球温暖化対策への貢献
新たな熱電材料設計指針の確立
原子レベルでの材料解析技術の進展
持続可能なエネルギー社会の実現に向けた重要な一歩
今後の研究の発展により、より効率的で環境にやさしい熱電変換技術が実用化され、産業界全体のエネルギー効率が向上することが期待されます。これは、カーボンニュートラル社会の実現に向けた大きな一歩となるでしょう。
熱電変換技術の進歩は、エネルギー問題と環境問題の両面からアプローチする重要な技術革新です。今回の研究成果が、持続可能な社会の実現に向けた具体的な解決策の一つとなることが期待されています。
まとめ
九州大学の研究チームが、銅添加テルル化スズの熱電特性向上メカニズムを原子レベルで解明。
銅原子が結晶格子の隙間にも存在し、熱伝導度の低減に貢献していることを発見。
この成果は、より効率的な熱電材料の開発につながる可能性がある。
産業廃熱の有効利用によるエネルギー効率向上と CO₂ 排出量削減が期待される。
カーボンニュートラル社会の実現に向けた重要な一歩となる研究成果。
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専門用語解説
熱電変換材料：熱エネルギーと電気エネルギーを相互に変換できる材料。
ゼーベック効果：材料に温度差を与えると起電力が発生する現象。
格子間原子：結晶格子の隙間に存在する原子。 熱電性能指数：熱電材料の性能を表す無次元量のパラメータ。
密度汎関数法：電子系の性質を量子力学的に解析する計算手法。
第一遷移金属：周期表でスカンジウムから亜鉛までの元素群。
#熱電変換 #テルル化スズ #原子スケール解析 #エネルギー効率 #カーボンニュートラル
参考文献
https://www.kyushu-u.ac.jp/f/59221/24_1018_01.pdf
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