Thermoelectric properties of Fukushima weathered biotite for thermoelectric conversion materials

熱電変換材料へむけた福島風化黒雲母の熱電特性

本田 充紀   ; 金田 結依 ; 早川 虹雪*; 村口 正和*; 飯野 千秋*; 小田 将人*; 石井 宏幸*; 後藤 琢也*; 矢板 毅

Honda, Mitsunori; Kaneta, Yui; Hayakawa, Kosetsu*; Muraguchi, Masakazu*; Iino, Chiaki*; Oda, Masato*; Ishii, Hiroyuki*; Goto, Takuya*; Yaita, Tsuyoshi

本研究では、WBおよび溶融塩法の各条件を系統的に変えてできた多結晶鉱物に対し種々の熱電変換特性を調べるために、熱電3物性特性評価(OZMA-1-S1)を同一試料により実施した。マクロおよびミクロな構造は、種々のX線分析と第一原理計算により同定した。WBの電気伝導特性について、黒雲母系は通常室温では電気的絶縁体として知られているが、粉砕,分級,溶融塩処理後に焼結した結果、650-850Cの温度領域において1.49E-04 [V/K]オーダーの値を示し半導体程度の電気伝導特性であることが分かった。また同温度領域のゼーベック係数測定では、-2.0E+05 [V/K]と高い値を観測した。得られた結果から無次元性能指数を算出すると、=0.29が得られた。溶融塩処理した多結晶鉱物についての熱電特性評価結果については、同温度領域の電気伝導特性評価ではWBよりも高い電気伝導特性を得た。これらの結果から、WBを利用することで、650C以上の高温領域では有用な熱電変換特性を示すことを示唆された。

In this study, thermoelectric properties (electrical conductivity, Seebeck coefficient, and thermal diffusivity) were evaluated (OZMA-1-S1) for polycrystalline minerals obtained by systematically changing the conditions of WB and the molten treatment. The Seebeck coefficient and thermal diffusivity were evaluated on the same sample. Macroscopic and microscopic structures were identified by various X-ray analyses and first-principles calculations. As for the electrical conductivity results of WB, the biotite material is usually known as an electrical insulator at room temperature, but after grinding, classification, molten salt treatment, and sintering, it was found to have electrical conductivity on the order of 1.49 10 (V/K) in the temperature range 650-850C, indicating that it has semiconducting electrical conductivity properties. Seebeck coefficient measurements in the same temperature range showed a high value of -2.010 (V/K). Calculating the dimensionless performance index from the obtained results, =0.29 was obtained. Regarding the thermoelectric property evaluation results for the molten salt treated polycrystalline minerals, higher electrical conductivity properties than WB were obtained for the same temperature range. These results suggest that WB can be used to show useful thermoelectric properties in the high temperature region above 650C.