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本田 充紀; 金田 結依; 村口 正和*; 早川 虹雪*; 小田 将人*; 飯野 千秋*; 石井 宏幸*; 後藤 琢也*
AIP Advances (Internet), 14(5), p.055034_1 - 055034_6, 2024/05
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Nanoscience & Nanotechnology)本研究は、希少かつ有毒な物質から得られる従来の熱電材料に代わるものとして、福島風化黒雲母(WB)を利用することを検討したものである。WBは粉砕、分級、溶融塩処理による熱処理を経て650
Cから850Cの範囲で半導体に類似した導電性を示す結晶を生成した。WBと得られた結晶の電気伝導度とゼーベック係数を評価した結果、高温熱電応用への可能性が示された。その結果、WBは無次元特性値(ZT)0.015を達成し、650Cを超える熱電材料としての可能性を示した。
本田 充紀; 金田 結依; 村口 正和*; 早川 虹雪*; 小田 将人*; 飯野 千秋*; 石井 宏幸*; 後藤 琢也*; 矢板 毅
no journal, ,
東日本大震災、福島第一原子力発電所事故から10年が経過し福島県内で発生した汚染土壌は除染され除去土壌として管理されている。我々は除去土壌に含まれ放射性Csが強く吸着することが知られている福島風化黒雲母の減容・再生利用へ向けた研究を推進している。本研究では、土壌粘土鉱物や溶融塩電解した土壌粘土鉱物の熱電材料としての素質を明らかにするために熱電物性(ゼーベック係数,導電率,熱拡散率)評価を実施したので報告する。
若生 峻信*; 早川 虹雪*; 松村 博志*; 村口 正和*; 小田 将人*; 飯野 千秋*; 石井 宏幸*; 本田 充紀
no journal, ,
熱電変換材料の物性計測において、測定端子との接触による伝熱が測定結果に与える影響を伝熱シミュレーションを用いて検討した結果を報告する。熱電変換技術ではIoT向けの小型電源などとの親和性から素子の小型化や薄膜化の検討が進められているが、これらを実現するためには微小な材料の熱電物性を正確に測定する必要があり測定系全体で結果を評価することが不可欠であることに着目して検討した結果を報告する。
早川 虹雪*; 松村 博志*; 若生 峻信*; 村口 正和*; 小田 将人*; 飯野 千秋*; 石井 宏幸*; 本田 充紀
no journal, ,
溶融塩電解により処理した土壌粘土鉱物からの新規熱電材料の創出を目指し、その基礎物性の評価を進めている。本研究では熱電性能指数を求める上で必須な、土壌粘土鉱物の熱伝導率の測定を行った結果を報告する。
本田 充紀; 金田 結依; 村口 正和*; 早川 虹雪*; 小田 将人*; 飯野 千秋*; 石井 宏幸*; 後藤 琢也*; 矢板 毅
no journal, ,
2011年に発生した福島第一原子力発電所(1F)事故から12年が経過し、福島県内で発生した汚染土壌は除去土壌として管理されている。除去土壌からCsを除去する技術開発の過程で得た複数の結晶鉱物の機能性に着目し熱電変換材料としての可能性を検討している。本研究では、結晶鉱物についての熱電特性評価(電気伝導率,熱拡散率,ゼーベック係数)について報告する。
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
no journal, ,
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。
早川 虹雪; 村口 正和*; 小田 将人*; 飯野 千秋*; 石井 宏幸*; 本田 充紀
no journal, ,
We have found that there are regions of high Seebeck coefficient in crystalline minerals based on Fukushima weathered biotite, to utilize this for thermoelectric devices, we have to investigate its basic properties such as the relation between thermal conductivities and atomic structures. In this report, we present the results of our analysis of the relationship between the thermal conductivity and structure of weathered biotite, which is essential for determining the thermoelectric performance index of the material. Thermal conductivity was measured for weathered biotite pellets prepared under various sample preparation conditions using the steady-state method. Sample preparation conditions were compared by varying the pressure during the molding process and the heating rate during the sintering process. In order to measure thermal conductivity at high temperatures, we evaluated the methods to reduce and compensate for leakage heat flow and contact thermal resistance. In order to elucidate the composition and structure of the samples, structural analysis was performed by X-ray fluorescence analysis and X-ray diffraction. Consequently, the changes in the crystal structure due to sintering were revealed to have an influence on the thermal conductivity. To determine the structure in more detail, we will discuss the results of local structure analysis by X-ray absorption fine structure (XAFS) using synchrotron radiation.
飯野 千秋*; 奥本 峻介*; 小田 将人*; 奈良 純*; 村口 正和*; 石井 宏幸*; 本田 充紀
no journal, ,
Csが吸着した風化黒雲母は溶融塩法により99.9999%以下のCs除去と普通輝石、和田石などの結晶鉱物が合成されるが、反応前後の風化黒雲母および和田石の安定構造や電子物性を第一原理計算を用いて調べることにより和田石が合成される反応機構を解明することを目的として化学ポテンシャルの比較検討を行った内容について報告する。
奥本 峻介*; 飯野 千秋*; 小田 将人*; 村口 正和*; 早川 虹雪*; 石井 宏幸*; 本田 充紀
no journal, ,
福島の環境回復に係る研究開発の一環として、溶融塩法を用いた風化黒雲母からCs除去に関する研究を推進してきた。99.9999%のCs除去と普通輝石、和田石などの結晶鉱物の生成を確認しているが、反応過程および生成物に関する原子レベルでの反応機構が必要であり、本研究では第一原理計算をもちいて和田石の安定構造を調べ、求められた安定構造を用いて反応機構について調べて内容について報告する。
谷間 慎*; 中村 颯斗*; 小田 将人*; 飯野 千秋*; 石井 宏幸*; 本田 充紀; 村口 正和*
no journal, ,
熱回路網法を用いて、熱電発電モジュールの動作時の内部温度分布を、熱源との接触抵抗およびモジュール内部の接触熱抵抗を取り込んでモデル化した。接触熱抵抗の値を変えて、熱電素子の上下の温度差を評価することで、発電モジュール内の実際の起電力を簡易に見積もることを示した。これらの結果は、様々な条件で設置される実際の熱電発電モジュールの発電量を評価する方法を確立することにつながる。今後は、さらに現実に近い状況を想定したモデル化を行い、高効率な熱電モジュールの設計に活かして行く予定である。
早川 虹雪; 馬酔木 ゆめの*; 村口 正和*; 小島 洋一郎*; 小田 将人*; 飯野 千秋*; 石井 宏幸*; 本田 充紀
no journal, ,
高温領域での新規熱電材料として土壌粘土鉱物が期待されているが、その熱電発現メカニズムは未解明である。我々は土壌粘土鉱物の一つである風化黒雲母(WB)に着目をして、そのメカニズム解明に取り組んでいる。WBはSi, Fe, Al, Mg, Kなどの元素で構成される。高温環境下ではWBの構造が変化することが赤外吸収分光法によるその場観察により分かっている。しかし詳しい構造の同定には至っていない。そこで本研究では、WBが熱電物性を発現する高温環境下で放射光XAFS分析を可能にする手法の開発に取り組み、室温から873Kまでのデータを取得することに成功した。
インターカレーションによるCs吸着に関する研究馬酔木 ゆめの*; 早川 虹雪*; 村口 正和*; 小田 将人*; 飯野 千秋*; 石井 宏幸*; 本田 充紀
no journal, ,
新規の熱電材料として天然鉱物が期待されており、その中でも我々は層状のケイ酸塩鉱物の一種である風化黒雲母(WB)に注目している。WBは四面体シートと八面体シートが層になって重なりその間に層間がある。層間にはK等が含まれるが、層間物質の吸着量や種類が構造に及ぼす影響は未解明である。これまでにCsがWBの層間にインターカレーションできることは知られていたが、層間への吸着量については十分な検討がなされていなかった。本研究では、CsをWBへインターカレーションしたときのCs吸着量と構造の関係について検討し0.9%、1.7%、3.8%、4.8%のCs吸着量が得られた。またその際のXRD分析では吸着量の増加に伴い層間距離が9.84
、9.91、9.90、9.92と広がっていくことが明らかになった。
本田 充紀; 金田 結依; 村口 正和*; 早川 虹雪*; 小田 将人*; 飯野 千秋*; 石井 宏幸*; 後藤 琢也*
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本研究は、従来希少かつ有毒な元素から作られてきた熱電材料に代わる代替材料として、風化黒雲母(WB)の利用に焦点を当てたものである。WBを粉砕・分級した後、溶融塩法で熱処理することで、650度から850度の温度範囲においてSi半導体と同程度の伝導率を持つ結晶を得た。本研究では、高温域の伝導率、ゼーベック係数および熱拡散測定結果と比熱、比重から算出した熱伝導率から無次元評価指数ZTを算出した結果について報告する。
早川 虹雪*; 馬酔木 ゆめの*; 村口 正和*; 小島 洋一郎*; 小田 将人*; 飯野 千秋*; 石井 宏幸*; 本田 充紀
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溶融塩処理を用いた技術の応用としてWBから機能性材料を創製する研究を推進している。溶融塩処理によりWB層間へSrの吸着が可能であることを実験的に明らかにした。しかし、先行研究ではCsが吸着したWBに対してSr吸着を検討したが、Cs吸着とSr吸着の相関についてはまだ明らかになっていない。そこで本研究では、Cs吸着の有無によるSr吸着量とその構造について、XRF, XRD及びXAFSを用いて検討した。その結果、WB中にCsの有無により、Sr吸着依存性が異なる可能性を示した。
本田 充紀; 早川 虹雪*; 馬酔木 ゆめの*; 村口 正和*; 小田 将人*; 飯野 千秋*; 石井 宏幸*
no journal, ,
本研究は、セラミック湿度センサー材料の新たな創製方法として、風化黒雲母(WB)および溶融塩法を駆使して選択的な結晶合成法の開発を実施した内容である。WBを溶融塩法で熱処理することで、湿度センサー材料の母体となる和田石結晶を得た。本研究では、溶融塩法の混合塩および単塩による比較を行い、和田石結晶が高純度で合成される条件について報告する。
本田 充紀; 早川 虹雪*; 村口 正和*; 馬酔木 ゆめの*; 小田 将人*; 飯野 千秋*; 石井 宏幸*
no journal, ,
本研究は、セラミック湿度センサー材料の新たな創製方法として、風化黒雲母(WB)から溶融塩法を利用して選択的な和田石合成法を開発した内容である。湿度センサー材料の母体となる和田石は、WBにCsを層間に吸着させることにより効率的に選択的に合成されることを明らかにした。
本田 充紀; 金田 結依; 村口 正和*; 早川 虹雪*; 小田 将人*; 飯野 千秋*; 石井 宏幸*; 後藤 琢也*; 矢板 毅
no journal, ,
2011年に発生した震災,原子力発電所事故から10年が経過し、福島県内で発生した汚染土壌は除去土壌として中間貯蔵施設等で管理されている。我々は除去土壌からセシウムを除去する技術開発の中でセシウム除去後の結晶鉱物の機能性に着眼し熱電材料としての可能性を探索している。今回、土壌を溶融塩電解して得られた結晶鉱物に対する熱電物性評価(電気伝導率,熱拡散率,ゼーベック係数)および構造解析を実施したので報告する。
谷間 慎*; 中村 颯斗*; 小田 将人*; 飯野 千秋*; 石井 宏幸*; 本田 充紀; 村口 正和*
no journal, ,
層状ケイ酸塩鉱物の1種である風化黒雲母(WB)は、安全性が高く、地殻に多く含まれている。そのため、豊富でかつ安価な材料であり、我々はこれを利用した環境調和型の熱電材料創製に関する研究開発を進めている。WBはSi、Oから構成される四面体シートと、Fe、Mg、Al、Oから構成される八面体シートが層になって重なり、その間に層間が存在する。層間にはKやCs等が含まれる。これまでにCsがWBの層間にインターカレーションできることは知られていたが、層間へのCs吸着量変化に伴う電気的特性の変化については未解明である。本研究では、Cs吸着量の変化に伴うWBの導電率の変化について検討を行った結果について報告する。
