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研究概要

熱電変換技術は、固体内の電子や正孔といった輸送キャリアの拡散電流を利用して、電気エネルギーと熱エネルギーを直接変換する、ゼーベック効果を応用した熱電発電とペルチェ効果を応用した熱電冷却を特徴とする、省エネルギー社会構築に期待される必要不可欠な技術の一つです。
当研究室では、未利用排熱エネルギーを直接、電気エネルギーヘ変換するために必要な、新規熱電変換素子材料の開発と熱電変換モジュールヘの応用、及び、熱電物性測定とその性能評価を行っています。

アドバンテージ

80Kから400Kの温度範囲で、Hall効果測定システムを用いて、電気抵抗率、Hall係数、キャリア密度、移動度、及び、ゼーベック係数の測定が可能です。また、室温から850Kの温度範囲で、電気抵抗率とゼーベック係数を同時測定する装置を独自に開発し、熱電変換材料の物性測定とその性能評価をすることが可能です。

事例紹介

横浜市成長発展分野育成支援事業テーマ“金属屋根を活用した「温度差発電」による省エネルギー住宅の開発”での成果を基礎として、実際に金属屋根ヘ付与する熱電変換モジュールを国内外で販売されている各メーカーのモジュールから選定し、その熱電性能を独自に開発した熱電変換モジュール測定装置を用いて評価しました。

主な所属学会

応用物理学会 / 日本金属学会 / 日本熱電学会

主な論文

S.Sam, K.Yamazaki, and H. Nakatsugawa, “Investigation of phase fraction in α-Fe2Si5, ε-FeSi, and β-FeSi2 thermoelectric materials doped with Co and Ni”, Solid State Communications, 371, pp. 115287 (2023).
H. Nakatsugawa, Y.Kamatani, Y.Okamoto, and C.H.Hervoches, “Erratum: Crystal structure, magnetism, and thermoelectric properties of Nd1-xSrxFeO3-δ (0.1≦x≦0.9)[Jpn.J.Appl.Phys. 62, 043001 (2023)]”, Jpn. J. Appl. Phys., 62(6), pp. 069401 (2023).
S.Sam, H. Nakatsugawa, and Y.Okamoto, “Improved Thermoelectric Performance of Co-Doped β-FeSi2 by Ni Substitution”, Materials Advances, 4(13), pp. 2821-2830 (2023).
S.Sam, S.Odagawa, H. Nakatsugawa, and Y.Okamoto, “Effect of Ni Substitution on Thermoelectric Properties of Bulk β-Fe1-xNixSi2 (0≦x≦0.03)”, Materials, 16(3), pp.927 (2023).
S.Sam, H. Nakatsugawa, and Y.Okamoto, “Optimization of Co additive amount to improve thermoelectric properties of β-FeSi2”, Jpn. J. Appl. Phys., 61(11), pp.111002 (2022).
P. Rajasekaran, Y. Kumaki, M. Arivanandhan, M. S. Ibrahim Khaleeullah, R. Jayavel, H. Nakatsugawa, Y. Hayakawa, and M. Shimomura, “Effect of Sb substitution on structural, morphological and electrical properties of BaSnO3 for thermoelectric application”, Physica B: Condensed Matter, 597, pp. 412387 (2020).
H. Nakatsugawa, T.Ozaki, H.Kishimura, and Y. Okamoto,“Thermoelectric Properties of Heusler
Fe2TiSn Alloys”，Journal of Electronic Materials, 49(5), pp. 2802-2812 (2019).

H. Nakatsugawa, M. Saito, and Y. Okamoto,“High-temperature thermoelectric properties of
Pr1-xSrxFeO3 (0.1 ≦ x ≦ 0.7)”，Materials Transactions, 60(6), pp. 1051-1060 (2019).
H. Nakatsugawa, M.Saito, and Y. Okamoto,“High-Temperature Thermoelectric Properties of
Perovskite-Type Pr0.9Sr0.1Mn1-xFexO3 (0 ≦ x ≦ 1)”，Journal of Electronic Materials, 46(5),
pp.3262-3272 (2017).
中津川博， 窪田正照， 齋藤美和，“P-Type Thermoelectric Properties of Pr1-xSrxMnO3 (0.1 ≦ x ≦ 0.3) and La1-xSrxFeO3 (0.1 ≦ x ≦ 0.3)”，日本金属学会誌，79(11), pp.597-606 (2015).
H. Nakatsugawa, M. Kubota, and M. Saito,“Thermoelectric and Magnetic Properties of Pr1-xSrxMnO3 (0.1 ≦ x ≦ 0.7)”, Materials Transactions, 56(6), pp.864-871 (2015).
A. Rolle, S. Boulfrad, K. Nagasawa, H. Nakatsugawa, O. Mentre, J. Irvine, S.
Daviero-Minaud,“Optimisation of the Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) cathode material
Ca3Co4O9-δ”, Journal of Power Sources, 196(17), pp.7328-7332(2011).
H. Fukutomi, Y. Konno, K.Okayasu, M. Hasegawa, H. Nakatsugawa,“Texture velopment of Ca3Co4O9 thermoelectric oxide by high temperature plastic deformation and its contribution to the improvement in electric conductivity”, Materials Science and Engineering A, 527,pp.61-64(2009).
K. Nagasawa, S. Daviero-Minaud, N. Preux, A. Rolle, P. Roussel, H.Nakatsugawa,and O.Mentre,“Ca3Co4O9- δ : A Thermoelectric Material for SOFC Cathode”，Chemistry of Materials, 21(19)pp.4738-4745(2009).
H. Nakatsugwa, H. M. Jeong, R. H. Kim and N. Gomi,“Thermoelectric and Magnetic Properties of [(Ca1-xPbx)2CoO3.1]0.62CoO2 (0 ≦ x ≦ 0.03)”, Jpn. J.Appl. Phys., 46（５A), pp.3004-3012 (2007).

主な研究機器・設備

Hall 効果測定システム（ResiTest8300， 東陽テクニカ製）
熱定数測定装置 （TC-7000R， アルバック理工製）