【公開日：2025.06.13】【最終更新日：2025.05.23】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22NU0066

利用課題名 / Title

熱電変換材料に向けた層状コバルト酸塩ナノ多孔体の合成

利用した実施機関 / Support Institute

名古屋大学 / Nagoya Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

電子顕微鏡/Electron microscopy,集束イオンビーム/Focused ion beam,熱電材料/ Thermoelectric material

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

松野 敬成

所属名 / Affiliation

早稲田大学　先進理工学部

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

山本 瑛祐

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

樋口 公孝

利用形態 / Support Type

（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）,共同研究/Joint Research

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

NU-104：直交型高速加工観察分析装置
NU-106：試料作製装置群

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

本研究の目的は熱電変換材料の特性向上に向けて、層状コバルト酸塩に規則的なナノ細孔を導入しナノ細孔構造の設計に関する知見を獲得することである。酸化物系熱電変換材料は高温・大気条件下で化学的に安定である一方、金属間化合物ほどの高い変換性能が得られず、性能向上が課題である。熱電変換の性能指数はZT = S2･σ･T/κ (T: 温度、S: ゼーベック係数、σ: 電気伝導率、κ: 熱伝導率)で表され、κを選択的に低減することで性能向上が期待できる。熱電材料にナノスケールの細孔を導入することでフォノン散乱により熱伝導率が低減されることはよく知られており、熱・電気伝導率の選択的な制御に向けた細孔構造の設計は重要な課題である。層状コバルト酸塩は酸化物系熱電変換材料の中でも高い熱起電力を有し、有力な候補物質の一つであるがそのナノ細孔構造を制御することは困難であった。申請者は最近、規則性孔を有する層状コバルト酸リチウムの合成に成功したため、今回の分析では細孔構造の詳細を明らかにすることを目指す。

実験 / Experimental

本研究では層状コバルト酸リチウムからなる規則性ナノ多孔体を合成し、多孔体内部の細孔構造分析を行った。試料合成は鋳型法を用いて次のように行った。規則的な細孔をもつシリカナノ多孔体を鋳型とし、そのナノ細孔中に酸化コバルトを析出させ、シリカ除去およびリチウム塩との反応を経て層状コバルト酸リチウムナノ多孔体を得た。FIB-SEMを用いて層状コバルト酸リチウムナノ多孔体をエッチングしつつ断続的にSEM像を取得し、3Dモデルを作成することで多孔体内部の細孔構造の可視化を目指してデータの取得を行った。

結果と考察 / Results and Discussion

層状コバルト酸リチウムナノ多孔体の粒子に対して、1μm四方の範囲に収束イオンビームを照射することで約5 nmエッチングし、SEM観察した。エッチングとSEM像の取得を200サイクル行うことで、深さ方向約1 μmに渡ってSEM像を取得した。その結果、多孔体内部まで球状ナノ細孔が存在することが確認できた（図1）。部分的に細孔壁が連結していない比較的大きな空隙も観察され、三次元構造が粒子内部で均一ではない可能性が示唆された。得られたSEM像から3Dモデルを構築したところ、球状細孔の規則的な配列を可視化することができた。この結果は鋳型のシリカナノ粒子集積体の細孔構造を転写した層状コバルト酸リチウムナノ多孔体の形成を示すものである。粒子内部に観察された空隙が元々存在していたか、あるいはエッチングの際に生じたかは、再現性を含めて今後検討を行う必要がある。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図1. 層状コバルト酸リチウムナノ多孔体の FIB-SEM 像 (左図の状態から 約 120nmエッチングして右図を取得).白丸部分は鋳型の構造を反映していない比較的大きい空隙.

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件