[发明专利]化合物、热电转换材料及化合物的制造方法

说明书

本发明涉及一种化合物，其特征在于，作为构成的元素至少包含锗、碲、铋及铜，遍布的铋及铜的最长直径小于2.0μm。

技术领域

本发明涉及化合物、热电转换材料及化合物的制造方法。

本申请基于2016年3月31日在日本申请的特愿2016－073744号、以及2016年9月9日在日本申请的特愿2016－177048号主张优先权，在此处援引其内容。

背景技术

利用了塞贝克效应的热电转换器件能够将热能转换为电能。即，通过使用热电转换器件，可以由热能直接获得电力。通过使用热电转换器件，例如可以回收来自汽车的发动机的废热，将其一部分转换为电力。例如，可以回收来自工厂的废热，将其一部分转换为电力。

近年来，从抑制能源的消耗量及二氧化碳的排出量的观点考虑，越来越强烈地要求能量效率的提高。为此，正在广泛地进行以提高热电转换的性能为目标的研究。

利用热电转换器件得到的热效率、输出功率特性受构成热电转换器件的热电转换材料的性能限制。因此，正在广泛地进行提高热电转换材料的性能的研究。

作为高温范围的热源有汽车的废热、工厂的废热。它们的废热温度为500℃附近，因此正在积极地进行在室温到500℃附近工作的热电转换材料的研究。作为在500℃附近的温度范围中显示出高的热电转换性能指数和功率因子、并具有耐热性的材料，有包含碲化锗系的化合物的热电转换材料。

此处，热电转换材料的热效率以下式表示。使用热电转换材料得到的最大的热效率η_opt以下式(1)表示。下式(1)中，T_H为高温端的温度[单位：K]，T_C为低温端的温度[单位：K]，T_ave为T_H与T_C的平均[单位：K]，Z为温度范围中的热电转换材料的平均的热电转换性能指数[1/K]。

数学式1

某个温度T下的热电转换材料的热电转换性能指数z[1/K]以下式(2)表示。此处，α[V/K]、ρ[Ω m]、κ[W/(m K)]分别为某个温度T下的热电转换材料的塞贝克系数、电阻率、热导率。

数学式2

热电转换材料的物性值zT越大，则表示利用热电转换得到的最大的热效率η_opt越高。将所利用的温度范围中的热电转换材料的热电转换性能指数z的平均作为热电转换性能指数Z。为了提高热效率，期望在宽的温度范围中得到高的热电转换性能指数z。

作为使用热电转换材料得到的温度T下的最大功率的指标使用功率因子(有时称作Power Factor。)[W/(m K²)]。Power Factor以下式(3)表示。此处，下式(3)中，α[V/K]为某个温度T下的热电转换材料的塞贝克系数，ρ[Ω m]为电阻率。

数学式3

以上式(3)表示的热电转换材料的功率因子越高，则表示利用热电转换得到的最大的输出功率越大。

非专利文献1及2中，对于GeTe－Bi₂Te₃－Cu₂Te系的材料的塞贝克系数、电导率、迁移率、空穴密度有过报告。此处，非专利文献1及2中公开过，使用锗、碲、铋、以及铜作为原料，将它们真空封管，在电炉内以1197℃加热5小时后进行空气冷却，再在氩气气氛中以547℃实施600小时用于使之均匀化的退火后，切断电炉的开关，进行冷却而得到试样。