米乐m6官方网站【院长：中钵良二】（以下简称“AIST”）能源效率研究部【研究主任：宗像哲夫】热电转换组高级研究员李哲穗与国立大学法人九州大学【院长久保千春】（以下简称“九州大学”）理工学研究生院末国光一郎副教授及其同事共同开发了新的高性能热电材料的新设计指南被提议。
热电发电将一部分热流转化为电流来发电。为了获得高热电性能，必须同时具有高导电率和低导热率。这些通常是相互矛盾的性质，但为了使它们兼容，原子的大振幅振动（老鼠戒指) 被认为是有效的。然而，到目前为止，鼠环被认为只出现在具有原子被纳入笼子结构的笼状材料中，并且鼠环有望改善热电性能的材料系统数量有限。
另一方面，该研究小组迄今为止尚未开发出笼状结构四面体此外，人们还发现了老鼠圈的出现，但阐明其原因是一个挑战。这次，我们详细研究了这种四面体，发现尽管它不具有笼状结构平面协调我们阐明了结构可以诱发鼠环及其原因。这一结果预计将极大地扩大热电材料探索的范围，并有助于创造具有更高热电性能的新材料。
此结果的详细信息将于 2018 年 2 月 1 日（当地时间）公布先进材料（先进材料）。
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| 笼状材料（左）和平面配位材料（右）中大振幅原子振动的概念图 |
展望大规模引入可再生能源的时代，利用光、热、振动等发电技术的研究和开发正在积极进行。其中之一的温差发电是利用热电材料（固体）回收自然热量、未利用的废热以及分散微量热量作为电能的技术，具有节省空间、无振动、寿命长等优点。对于高效热电发电，塞贝克系数、高导电率但低导热率的材料，而笼状结构是这种材料的候选者1 类等级率化合物和填充物方钴矿化合物是已知的。在这些材料中，由于笼中原子的振动晶格振动被打扰了。到目前为止，鼠环的使用一直被认为是开发高性能热电材料的指导方针之一。
10608_1066212锑4S13)无量纲品质因数ZT=07 (2013 年 2 月 15 日 AIST 主要研究成果）。此外，在该材料中，硫（S）原子组成的三角形内的铜（Cu）原子在面外方向上的振动具有较低的导热率（晶格导热系数κL≤1 周-1m-1）被认为是原因。然而，目前尚不清楚为什么鼠环会出现在不具有笼状结构的四面体中。为了查明原因，产业技术研究院与当时末国副教授就读的广岛大学等机构开始了联合研究。
本研究开发的一部分将在国家研究开发机构日本科学技术振兴机构战略性创意研究推进项目团队研究（CREST）“利用微能量创造创新能量收集技术”（研究主管：谷口贤二，副研究主管：秋永博之）、研究课题“通过组合使用拨浪鼓和贷款对开发热电材料”（从2016财年开始）、独立行政机构的支持下进行。来自日本学术振兴会科学研究补助金青年科学家（B）“硫化铜矿物四面体晶格和电子特性的阐明以及高性能热电转换矿物的创造”（2014-2014）。
4 种四面体 Cu12锑4S13,铜10锌2锑4S13,铜12作为4S13,铜10锌2作为4S13合成了它们，并使用大型同步辐射装置SPring-8的束线（BL02B2）的粉末X射线衍射实验研究了它们的晶体结构，并使用高强度质子加速器装置J-PARC的束线（BL14 AMATERAS）的粉末中子非弹性散射实验研究了它们的晶格振动。此外，电子态第一性原理计算
从这些实验中，Cu 原子形成三角形（所有样品中的 S3三角形))，但发现不同样品的嘎嘎声的幅度和能量不同。比较晶体结构参数和鼠环振幅，我们发现S3据揭示，三角形面积越小，代表振幅大小的原子位移参数就越大（图1）。这与笼状材料相反，笼状材料的振幅随着可移动空间的增加而增加。另外，S3还发现三角形的面积越小，振动能量越低。这是S3当三角形面积减小时，将铜原子从平衡位置移动所需的能量减小，这意味着铜原子更容易振动。根据这些结果，四面体中 Cu 原子的振动为 S3事实证明，铜原子是在三角形内部受到化学压力并试图逃离三角形平面时产生的。
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图 1 S3扁平鼠环的概念图（上图），其中位于三角形中心的铜原子剧烈振动，并且
各种材料3三角形面积与铜原子振幅之间的关系（下） |
还观察到，随着铜原子振幅的增加，位于振动尖端的锑 (Sb) 或砷 (As) 原子的振幅也会增加（图 2）。基于第一性原理计算，Sb原子和As原子孤独的一对，并且认为Cu原子的鼠环通过该孤对电子震动Sb和As原子。这样，晶格振动受到Cu原子的振动和孤对原子振动的强烈干扰，热量被分散，这被认为是四面体热导率低的原因。
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| 图2 Sb原子/As原子（纵轴）与Cu原子（横轴）的原子位移参数关系 |
根据该结果，在具有平面配位结构的四面体中，S3据揭示，中心铜原子由于三角形平面内的化学压力而发出嘎嘎声。这种平面鼠环与传统鼠环的不同之处在于它不需要笼状结构。由于存在大量具有这种平面配位结构的材料系统，因此预计以这种方式设计材料，通过替换原子等方式增加平面中的有效化学压力来引发平面振动，将导致新的高性能热电材料的发现。
未来，我们的目标是开发出更高性能的新型热电材料，通过用更大半径的原子平面配位取代现有材料的配位原子和中心原子，以增加平面内的有效化学压力，诱发嘎嘎声，降低热导率。