[發明專利]鋁-鎂-硅復合材料及其制造方法和使用了該復合材料的熱電轉換材料、熱電轉換元件以及熱電轉換組件

有效

• 申請號: 201080033425.2
• 申請日: 2010-07-26
• 公開（公告）號: CN102473831A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發明（設計）人: 飯田努;福島直樹;坂本達也;水戶洋彥;難波宏邦;田口豊;赤坂昌保;立川守;日野賢一
• 申請（專利權）人: 學校法人東京理科大學;道康寧東麗株式會社
• 主分類號: H01L35/14
• 分類號: H01L35/14;C22C23/00;H01L35/34;H02N11/00
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 余剛;吳孟秋

技術領域

本發明涉及鋁-鎂-硅復合材料；熱電轉換材料、熱電轉換元件以及熱電轉換組件；和鋁-鎂-硅復合材料的制造方法。

背景技術

近年來，為了應對環境問題的日趨嚴重，正在研究有效利用各種能量的各種方法。特別是，伴隨著工業廢棄物的增加等，有效利用在焚燒它們時所產生的廢熱成為一個課題。例如，在大型廢棄物焚燒設施中，用廢熱使高壓蒸汽產生，通過利用該蒸汽使蒸汽渦輪旋轉來發電，進行廢熱回收。但是，在作為廢棄物焚燒設施的大多數的中型小型廢棄物焚燒設施中，由于廢熱的排出量少，不能采用利用蒸汽渦輪等發電廢熱的回收方法。

作為能夠在這樣的中小型的廢棄物焚燒設施中采用的利用廢熱的發電方法例如提出了使用利用塞貝克效應或珀爾貼效應可逆地進行熱電轉換的熱電轉換材料·熱電轉換元件·熱電轉換組件的方法。

作為熱電轉換組件例如可以列舉如圖1以及圖2所示的組件。在該熱電轉換組件中熱傳導率小的n型半導體以及p型半導體可以分別用作n型熱電轉換部101以及p型熱電轉換部102的熱電轉換材料。分別在被并置的n型熱電轉換部101以及p型熱電轉換部102的上端部設置電極1015、1025，在下端部設置電極1016、1026。然后，形成分別設置于n型熱電轉換部以及p型熱電轉換部的上端部的電極1015、1025被連接而一體化后的電極，同時分別設置于n型熱電轉換部以及p型熱電轉換部的下端部的電極1016、1026分開地構成。

在此，如圖1所示，加熱電極1015、1025側，從電極1016、1026側放熱，從而在電極1015、1025與電極1016、1026之間產生正的溫度差(Th-Tc)，通過熱激發的載流子，p型熱電轉換部102的電位是高于n型熱電轉換部101的高電位。此時，通過電極1016與電極1026之間連接電阻3作為負載，電流從p型熱電轉換部102向n型熱電轉換部101流動。

另一方面，如圖2所示，利用直流電源4從p型熱電轉換部102向n型熱電轉換部101流通直流電流，從而在電極1015、1025產生吸熱作用，在電極1016、1026產生放熱作用。另外，通過從n型熱電轉換部101向p型熱電轉換部102流通直流電流，在電極1015、1025產生放熱作用，在電極1016、1026產生吸熱作用。

作為熱電轉換組件的其他的示例，例如可以列舉如圖3以及圖4所示的示例(例如參照專利文獻1)。在該熱電轉換組件中，僅熱傳導率小的n型半導體用作熱電轉換材料。分別在n型熱電轉換部103的上端部設置電極1035，在下端部設置電極1036。

此時，如圖3所示，加熱電極1035側，從電極1036側放熱，從而在電極1035與電極1036之間產生正的溫度差(Th-Tc)，電極1035側的電位是高于電極1036側的高電位。此時，通過電極1035與電極1036之間連接電阻3作為負載，電流從電極1035側向電極1036側流動。

另一方面，如圖4所示，通過利用直流電源4從電極1036側經n型熱電轉換部103向電極1035側流通直流電流，在電極1035產生吸熱作用，在電極1036產生放熱作用。另外，通過利用直流電源4從電極1035側經n型熱電轉換部103向電極1036流通直流電流，在電極1035產生放熱作用，在電極1036產生吸熱作用。

利用這樣極為簡單的結構能夠有效地進行熱電轉換的熱電轉換元件一直以來被主要應用于特殊的用途。

在此，一直以來，嘗試通過Bi-Te系、Co-Sb系、Zn-Sb系、Pb-Te系、Ag-Sb-Ge-Te系等的熱電轉換材料利用燃料電池、汽車、鍋爐·焚燒爐·高爐等的大約200℃至800℃左右的廢熱源轉換為電。但是，由于在這樣的熱電轉換材料中含有有害物質，因此存在環境負載增大的問題。

另外，作為在高溫用途中使用的材料，研究了B₄C等大量含有硼的硼化物、LaS等的稀土金屬硫屬化物等，然而以B₄C或LaS等金屬間化合物為主體的非氧化物系的材料雖然在真空中發揮比較高的性能，然而存在在高溫下發生結晶相分解等在高溫區域中的穩定性差的問題。

另一方面，還研究了環境負載小的含有Mg₂Si(例如參照專利文獻2和3、非專利文獻1～3)、Mg₂Si_1-xC_x(例如參照非專利文獻4)等的硅化物系的金屬間化合物的材料。

在先技術文獻

專利文獻

專利文獻1：特開平11-274578號公報