(57)【要約】【課題】赤外分光分析法によって、ＢｉＴｅ母材に対するＢｉ酸化物の比を算出する方法を提供する。【解決手段】ＢｉＴｅ系熱電変換材料中のＢｉ酸化物濃度の測定方法において、  （１）Ｂｉ酸化物を含むＢｉＴｅ系熱電変換材料を溶媒中に含むサンプルに対して赤外分光分析法により、溶媒に対するＢｉ酸化物量の比（Ｃ*)を算出し、  （２）前記サンプルの乾燥前の重量と乾燥後の重量をそれぞれ秤量し、測定結果から溶媒に対するＢｉ酸化物を含むＢｉＴｅ系熱電変換材料の比（ＣBiTe）を算出し、  （３）前記Ｃ*とＣBiTeの比から、Ｂｉ酸化物を含むＢｉＴｅ系熱電変換材料に対するＢｉ酸化物の比を得ることを含むことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＢｉＴｅ系熱電変換材料中のＢｉ酸化物濃度の測定方法であって、
（１）Ｂｉ酸化物を含むＢｉＴｅ系熱電変換材料を溶媒中に含むサンプルに対して赤外分光分析法により、溶媒に対するＢｉ酸化物量の比（Ｃ*)を算出し、
（２）前記サンプルの乾燥前の重量と乾燥後の重量をそれぞれ秤量し、測定結果から溶媒に対するＢｉ酸化物を含むＢｉＴｅ系熱電変換材料の比（ＣBiTe）を算出し、
（３）前記Ｃ*とＣBiTeの比から、Ｂｉ酸化物を含むＢｉＴｅ系熱電変換材料に対するＢｉ酸化物の比を得ること
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＢｉＴｅ系熱電変換材料からなる母相中のＢｉ酸化物濃度の測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化問題から二酸化炭素排出量を削減するために、化石燃料から得られるエネルギーの割合を低減する技術への関心が益々増大しており、その１つとして未利用廃熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換し得る熱電変換材料が挙げられる。熱電変換材料とは、火力発電のように熱を一旦運動エネルギーに変換しそれから電気エネルギーに変換する２段階の工程を必要とせず、熱から直接に電気エネルギーに変換することを可能とする材料である。
【０００３】
そして、熱から電気エネルギーへの変換は熱電変換材料から成形したバルク体の両端の温度差を利用して行われる。この温度差によって電圧が生じる現象はゼーベックにより発見されたのでゼーベック効果と呼ばれている。
【０００４】
この熱電変換材料の性能は、次式で求められる性能指数ＺＴで表わされる。
ＺＴ＝α2σＴ／κ（＝Ｐｆ・Ｔ／κ）
ここで、αは熱電変換材料のゼーベック係数、σは熱電変換材料の導電率、κは熱電変換材料の熱伝導率である。α2σの項をまとめて出力因子Ｐｆという。そして、Ｚは温度の逆数の次元を有し、この性能指数Ｚに絶対温度Ｔを乗じて得られるＺＴは無次元の値となる。そしてこのＺＴを無次元性能指数と呼び、熱電変換材料の性能を表す指標として用いられている。
【０００５】
熱電変換材料が幅広く使用されるためにはその性能をさらに向上させることが求められている。そして、熱電変換材料の性能向上には前記の式から明らかなように、より高いゼーベック係数α、より高い導電率σ、より低い熱伝導率κが求められる。
【０００６】
ところで、この熱電変換材料は、従来、原料元素を合金化することにより製造されているが、この合成工程において酸化物が形成され、この酸化物は熱電変換材料の導電率、熱伝導率等に影響を及ぼし、熱電変換材料の性能に影響を及ぼす。従って、熱電変換材料の製造過程において、酸化物の定量・抑制を行うことが重要になってくる。
【０００７】
このような酸化物の定量方法として、赤外分光分析法を用いることが知られている。例えば特許文献１には、溶媒に溶解された溶質（例えばシリコーン樹脂）を含む溶液から溶媒を除去し、溶質に赤外光を照射し、この溶質からの反射光より赤外吸収スペクトルを取得することにより溶質を定量することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−１１７２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、この赤外分光分析法によっては、Ｂｉ酸化物を定量し、熱電変換材料中のその有無を判定することはできるものの、ＢｉＴｅ母材は赤外線を吸収してしまうため、赤外分光分析法によってはＢｉＴｅを定量することはできず、ＢｉＴｅ母材に対するＢｉ酸化物の濃度を算出することができない。
【００１０】
従って、本発明の目的は、Ｂｉ酸化物を含むＢｉＴｅ系熱電変換材料において、赤外分光分析法によって、ＢｉＴｅ母材に対するＢｉ酸化物の比を算出する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、ＢｉＴｅ系熱電変換材料中のＢｉ酸化物濃度の測定方法において、
（１）Ｂｉ酸化物を含むＢｉＴｅ系熱電変換材料を溶媒中に含むサンプルに対して赤外分光分析法により、溶媒に対するＢｉ酸化物量の比（Ｃ*)を算出し、
（２）前記サンプルの乾燥前の重量と乾燥後の重量をそれぞれ秤量し、測定結果から溶媒に対するＢｉ酸化物を含むＢｉＴｅ系熱電変換材料の比（ＣBiTe）を算出し、
（３）前記Ｃ*とＣBiTeの比から、Ｂｉ酸化物を含むＢｉＴｅ系熱電変換材料に対するＢｉ酸化物の比を得ること
を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、赤外分光分析法とスラリーの溶媒除去前後の秤量結果を組み合わせることにより、合成工程においてリアルタイムにＢｉＴｅ母材中のＢｉ酸化物の濃度を定量することができ、これによって合成工程スラリーの良否判断を行い、不良スラリーの後工程移送を阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のＢｉ酸化物濃度の測定方法を説明する図である。
【図２】溶媒とＢｉ酸化物それぞれの赤外線吸収スペクトルを示すグラフである。
【図３】溶媒中のＢｉ酸化物の濃度とＢｉ酸化物／溶媒のスペクトル強度比との相関関係を示す検量線を示すグラフである。
【図４】溶媒として水を含む合成工程スラリーについて赤外線分光分析結果を示すグラフである。
【図５】水に対するＢｉ2Ｏ3濃度と赤外線分光分析ピーク強度比の相関関係を示すグラフである。
【図６】溶媒としてエタノールを含む合成工程スラリーについて赤外線分光分析結果を示すグラフである。
【図７】エタノールに対するＢｉ2Ｏ3濃度と赤外線分光分析ピーク強度比の相関関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、ＢｉＴｅ系熱電変換材料からなる母相中のＢｉ酸化物の濃度を測定する方法を提供する。以下、本発明の方法の各工程について、図面を参照して説明する。
【００１５】
＜溶媒に対するＢｉ酸化物量の比（Ｃ*)の算出＞
本発明の測定方法においては、まず２枚の赤外線透過窓板（例えばＫＲＳ５）を用意し、Ｂｉ酸化物を含むＢｉＴｅ系熱電変換材料を溶媒（例えば水、エタノール等）中に含むサンプル（合成工程スラリー）をマイクロピペットにて所定量（例えば３０μＬ）を一方の赤外線透過窓板に滴下後、もう一方の赤外線透過窓板をのせる。次いでこの赤外線透過窓板に対して赤外線を照射し、溶媒ピーク（水であれば１６５０ｃｍ-1、エタノールであれば１０００−１１００ｃｍ-1）とＢｉ酸化物ピーク（５００−６００ｃｍ-1）それぞれにおける赤外線吸収スペクトルを測定し、このスペクトルの強度比を算出する。合成工程スラリーに赤外線を照射すると、合成工程スラリー中の溶媒及びＢｉ酸化物（Ｂｉ2Ｏ3)からの反射光より、図２に示すような溶媒とＢｉ酸化物それぞれの赤外線吸収スペクトルを取得することができる。そして溶媒とＢｉ酸化物それぞれの赤外線吸収スペクトルの強度から、Ｂｉ酸化物／溶媒のスペクトル強度比（Ｐ）が算出される。
【００１６】
これとは別に、溶媒中に様々な既知量のＢｉ酸化物を含むスラリーに対して赤外分光分析を行い、溶媒中のＢｉ酸化物の濃度とＢｉ酸化物／溶媒のスペクトル強度比との相関関係を示す検量線を作成する（図３）。
【００１７】
最後に、上記算出されたＢｉ酸化物／溶媒のスペクトル強度比（Ｐ）を図３に示す検量線に適用し、溶媒に対するＢｉ酸化物量の比（濃度、Ｃ*)を算出する。
【００１８】
＜溶媒に対するＢｉ酸化物を含むＢｉＴｅ系熱電変換材料の比（ＣBiTe）の算出＞
上記赤外分光分析の際において、まず、サンプルを滴下する前の２枚の赤外線透過窓板の重量（Ｗ0)を測定しておく。次いで、サンプルを滴下した後の重量（Ｗ1)を測定する。最後に、赤外線分光分析を行った後に、２枚の赤外線透過窓板を引き離し、溶媒を乾燥させた後の重量（Ｗ2)を測定する。これらの測定結果より、下式によって溶媒に対するＢｉ酸化物を含むＢｉＴｅ系熱電変換材料の比（ＣBiTe）を算出する。
ＣBiTe＝（Ｗ2−Ｗ0）／（Ｗ1−Ｗ0）
【００１９】
＜ＢｉＴｅ系熱電変換材料中のＢｉ酸化物濃度の算出＞
上記の結果より、下式によってＢｉＴｅ系熱電変換材料中のＢｉ酸化物濃度（Ｃ）を算出する。
Ｃ＝Ｃ*／ＣBiTe
【実施例】
【００２０】
実施例１
溶媒として水を含む合成工程スラリーについて赤外線分光分析を行い、結果を図４に示す。水に対するＢｉ2Ｏ3のピーク強度比は１．７％であった。また、水を乾燥させることにより算出したＢｉ2Ｏ3を含むＢｉＴｅ系熱電変換材料の比（ＣBiTe）は４５．９％であった。水に対するＢｉ2Ｏ3濃度と赤外線分光分析ピーク強度比の相関関係を測定し、得られた検量線を図５に示す。
【００２１】
Ｐ＝１．７を図５の検量線に適用し、Ｃ*＝３％の結果が得られた。そしてこれらの結果に基づき、下式
Ｃ*／ＣBiTe＝３／４５．９×１００
＝７％
より、ＢｉＴｅ系熱電変換材料中のＢｉ2Ｏ3の濃度が算出された。
【００２２】
実施例２
溶媒としてエタノールを含む合成工程スラリーについて赤外線分光分析を行い、結果を図６に示す。エタノールに対するＢｉ2Ｏ3のピーク強度比は１２．６％であった。また、エタノールを乾燥させることにより算出したＢｉ2Ｏ3を含むＢｉＴｅ系熱電変換材料の比（ＣBiTe）は３３２％であった。エタノールに対するＢｉ2Ｏ3濃度と赤外線分光分析ピーク強度比の相関関係を測定し、得られた検量線を図７に示す。
【００２３】
Ｐ＝１２．６を図７の検量線に適用し、Ｃ*＝５６．６％の結果が得られた。そしてこれらの結果に基づき、下式
Ｃ*／ＣBiTe＝５６．６／３３２×１００
＝１７％
より、ＢｉＴｅ系熱電変換材料中のＢｉ2Ｏ3の濃度が算出された。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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