平成２０年度 島根大学「萌芽研究部門」研究プロジェクト 計画書

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チタン酸化物系新熱電変換材料の実用化基礎研究
１．プロジェクト名称

２．プロジェクトリーダー
３．プロジェクトの概要

（英訳名）
所属
現在の専門

Study on materials physics and application prospects of titanium oxide–related compounds as novel thermoelectric materials
職名 准教授
氏名 北川裕之
総合理工学部
熱電変換材料学位

博士（工学）①本研究プロジェクトで何をどこまで明らかにするか、②当該分野の国内外の研究と比較して本プロジ

ェクトのユニーク性・重要性・先見性、③島根大学で行う意義・大学の発展にとって期待される効果について簡潔に記入してください。

① 酸化チタンおよびチタン酸ストロンチウムは安価で安全な材料である。申請者らの研究グループはホウ素ドープチタン酸化物が、室温～100K の温度範囲で、大きな電気伝導率とゼーベック係数を有することを実験的に明らかにしてきた。これらは熱電変換に魅力的な物性であり、ホウ素の添加方法、添加量の最適化などが必須の研究課題となっている。本研究プロジェクトでは、ホウ素をドープしたチタン酸化物系材料について、熱電物性の測定と低温物性、電子状態などの実験的・理論的な研究および組織・結晶学的研究を組み合わせ、物性発現のメカニズムを明らかにするとともに新しい熱電変換材料の設計指針を得る。また、これまで研究を進めてきた Bi2Te3 系材料については、新規な作製方法として異方性制御を意図した構造制御を試み、高性能化を図る。
これらの研究を遂行することにより、固体物理学および熱電変換工学の発展に資するとともに、安価で安全な材料を使用した低温廃熱有効利用に関する応用展開を発展させる。
② チタン酸化物は安定な化合物であり、既存の低温域熱電材料と比較して、高性能な温度領域が広いことがこれまでの実験で予測されている。さらに、原料は安価・安全であり環境負荷、元素戦略の観点からも有利である。
すでに粉末冶金学的手法により実用化されている Bi2Te3 系材料については、結晶配向制御によるさらなる性能向上が見込めることより、簡便な方法で高配向結晶を作製できる方法の開発が強く望まれている。
③ 本プロジェクトは、これまで島根大学で行われてきた重点プロジェクト研究「S-ナノテクプロジェクト」から生み出されたシーズであり、本学の物質・材料系研究の発展に寄与するものである。さらに、近年、京都議定書に代表される地球温暖化の原因となる炭酸ガスの放出削減の動きを反映して、低温廃熱有効利用に関する産業界の期待は大きく、熱電変換は注目されている技術の一つである。これまでの産学連携活動（鳥取・島根発 JST 新技術説明会、国際ナノテク総合展・技術会議）を通じて、本学にも、産業用コンプレッサーや抵抗器など具体的な産業廃熱有効利用から、材料開発・素子化技術に関するものまで、多数の技術相談が寄せられている。島根発の新材料が開発されれば、地域産業の活性化にもつながる。

４．本学の中期目標・計画，大学憲章，アクションプランとの関係
島根大学憲章には「分野間の融合による特色ある研究を強化し，国際的に通用する創造性豊かな研究拠点を構築する。」と記されている。本プロジェクトは、「理工融合」により、一つの材料系の物性に潜む物理を明らかにするとともに、応用面の可能性を探るものであり、憲章に定められた理念とよく一致する。また、本プロジェクトは、学術、応用両面において大きなインパクトが期待できる。本プロジェクト終了後は JST, NEDO などの大型外部資金獲得を目指し、本研究グループを熱電変換材料研究開発の拠点に発展させる。

５．各年度の計画の概要 年度ごとに何をどこまで明らかにするのかを簡潔に書いてください．
H20 年度①-1. ホウ素ドープチタン酸化物 ：作製手法の確立と熱電変換特性に対するホウ素添加量の最適化.
①-2. 結晶学的評価（結晶構造、ホウ素の分散状態、サイト占有状態など）②-1. Bi2Te3 系熱電材料における高性能方向に結晶配向した作製手法の開発
H21 年度①-3. ホウ素ドープチタン酸化物の電子状態の解明（ホウ素添加が電気・熱輸送特性に及ぼす影響の物理的解析）②-2. ②-1 で確立した手法による Bi2Te3 系材料の結晶および熱電特性評価③. 応用的研究（さらなる高性能化のための作製法・添加物の検討、金属電極との接合技術など）、特に素子化に関しては、企業との連携により技術開発を図る仕組みを立ち上げる。

６．これまでの準備状況 関連する研究で公表された論文，成果などについて簡潔に記入してください．
● 学会発表（チタン酸化物に関するもの： 応用物理学会 2007 年秋季大会, 札幌, 2007.9）
・ 上灘, 佐藤, 山田（容）, 久保, 松下, 山田（裕）, “ B ドープ TiO2 の電気的特性”
・ 岡本, 清水, 佐藤, 市薗, 加藤, 山田（容）, 久保, 山田（裕）, 松下, “ B ドープ SrTiO3 の電気的特性”● 特許出願等
チタン酸化物に関するもの
・ 久保, “機能性チタン酸ストロンチウム結晶およびその製造方法”, 特願 2007-086538 号
・ 久保, 山田（容）, 北川, “ホウ素（B）をドープしたアナターゼ型酸化チタン(TiO2)”, 08 年 3 月島根大学承継済・ 北川, 久保, 山田（容）, 山田（裕）, 松下, “ホウ素をドープしたルチル型酸化チタン系熱電変換材料” ,08 年 4 月島根大学承継済
構造解析手法に関するもの
・ 田中，坂田，高田，西堀，原田，中川，大谷, “物質の精密構造解析方法”, 特許 3891338 号● 産学連携に関する活動 （熱電変換応用に関するもの）
・ 北川, “高性能化を目指した熱電変換材料の開発”, 鳥取・島根発 JST 新技術説明会, （東京, 2007.12）.

平成２０年度 島根大学「萌芽研究部門」研究プロジェクト 計画書
７．プロジェクト推進担当者

計

平成２０年度に限って記入してください．

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6 名

ふりがな（ローマ字）

氏

名（年齢）

所属部局（専攻など）・職名

現在の専門・学位

役 割 分 担

総合理工学部 物質科学科・准教授

熱電変換材料・博士（工学）プロジェクト総括，材料作製、基本物性の測定

総合理工学部 物質科学科・准教授

酸化物機能性材料・材料作製，基本物性の測定

総合理工学部・物質科学科・教授

酸化物機能性材料・総合科学研究支援センター・准教授

低温物理学・博士（理学）

熱物性測定・解析

総合理工学部 物質科学科・准教授

材料組織学・博士（工学）

結晶学的評価・解析

総合理工学部 物質科学科・准教授

低温物理学・
工学博士電子状態解明 （NMR を中心とした実験）

総合理工学部 物質科学科・准教授

物性理論・博士（工学）

電子状態解明 （理論的解析）（プロジェクトリーダー）
きたがわ ひろゆき （KITAGAWA Hiroyuki）

北川 裕之 （36）
やまだ やすじ （YAMADA Yasushi）

山田 容士 （46）

博士（工学）

くぼ しゅうご （KUBO Shugo）

久保 衆伍 （62）

材料作製，基本物性の測定

工学博士にしごおり しじょう （NISHIGORI Shijo）

西郡 至誠 （41）
もりと しげかず （MORITO Shigekazu）

森戸 茂一 （38）ふじわら けんじ (FUJIWARA Kenji）

藤原 賢二 （47）
たなか ひろし (TANAKA Hiroshi)

田中 宏志 （47）

8．研究経費概算 年度ごとに使用する予定の経費を記入してください。（単位：千円）
・経費は本研究プロジェクトの遂行に必要な経費です。
・研究計画の事項ごとに設備備品、旅費、消耗品費、人件費(アルバイト) などに分けて、できるだけ具体的に記入してください。

平成 20 年度
設備備品

平成 21 年度
設備備品

熱処理用電気炉一式

1,800

デジタルボルトメータ

100

旅費

電子物性測定機器一式

2,000

旅費

調査・研究旅費

200

調査・研究旅費

500

成果発表旅費350

成果発表旅費

500

消耗品費

消耗品費

原材料・薬品・ガス

200

原材料・薬品・ガス600

試料作製用消耗品

800

試料作製用消耗品

800

評価装置用消耗品

300

評価装置用消耗品

600

合計

3,750

合計

5,000