[发明专利]镁‑硅复合材料及其制造方法、以及采用该复合材料的热电转换材料、热电转换元件及热电转换模块

说明书

技术领域

本发明涉及镁-硅复合材料；热电转换材料、热电转换元件及热电转换模块；以及镁-硅复合材料的制造方法。

背景技术

近年，随着环境问题的发展，各种有效地利用各式各样能源的方法正在研究中。特别是随着工业废弃物的增加，如何有效利用燃烧这些废弃物时产生的余热已成为一个课题。例如，在大型废弃物燃烧设备中，通过利用余热来产生高压蒸汽，利用这些蒸汽使蒸汽涡轮转动而发电来回收余热。然而，在占了废弃物燃烧设备的大部分的中小型废弃物燃烧设备中，因余热的排放量少，无法采用利用蒸汽涡轮等来发电的余热回收方法。

作为能够在这样的中小型废弃物燃烧设备中采用的利用余热的发电方法，例如，提出了利用塞贝克效应或珀尔帖效应进行可逆的热电转换的采用热电转换材料、热电转换元件及热电转换模块的方法。

作为热电转换模块，例如，可列举图1和图2所示的模块。在这种热电转换模块中，热传导率小的n型半导体和p型半导体分别被作为n型热电转换部101和p型热电转换部102的热电转换材料来使用。并置的n型热电转换部101和p型热电转换部102的上端部分别设置了电极1015、1025，下端部分别设置了电极1016、1026。而且，其结构是，分别设置在n型热电转换部和p型热电转换部的上端部的电极1015、1025形成了连成一体的电极，同时，分别设置在n型热电转换部和p型热电转换部的下端部的电极1016、1026是分离的。

在此，如图1所示，通过对电极1015、1025侧加热，从电极1016、1026侧放热，电极1015、1025与电极1016、1026之间产生正的温度差(Th-Tc)，通过热激发载流子，p型热电转换部102成为比n型热电转换部101还高的高电位。这时，通过在电极1016和电极1026之间连接作为负载的电阻3，电流从p型热电转换部102向n型热电转换部101流动。

另一方面，如图2所示，通过用直流电源4使得直流电流从p型热电转换部102向n型热电转换部101流动而在电极1015、1025上发生吸热作用，在电极1016、1026上发生发热作用。同样，通过使得直流电流从n型热电转换部101向p型热电转换部102流动而在电极1015、1025上发生放热作用，在电极1016、1026上发生吸热作用。

作为热电转换模块的其他例子，例如，可列举图3和图4所示的模块(例如参照专利文献1)。在这种热电转换模块中，只有热传导率小的n型半导体可用作热电转换材料。分别在n型热电转换部103的上端部设置电极1035，在下端部设置电极1036。

在这种情况下，如图3所示，通过对电极1035侧进行加热，从电极1036侧放热，电极1035与电极1036之间会产生正的温度差(Th-Tc)，电极1035侧获得比电极1036侧更高的电位。这时，通过在电极1035与电极1036之间连接作为负载的电阻3，电流从电极1035侧向电极1036侧流动。

另一方面，如图4所示，通过利用直流电源4使得直流电流从电极1036侧经过n型热电转换部103向电极1035侧流动，在电极1035上会发生吸热作用，在电极1036上会发生放热作用。同样，通过利用直流电源4使得直流电流从电极1035侧经过n型热电转换部103向电极1036流动，在电极1035上会发生放热作用，在电极1036上会发生吸热作用。

像这样能够以极为简单的结构来进行热电转换的热电转换元件，在现有技术中主要围绕特殊用途开展应用。

因此，一直以来，现有技术利用Bi-Te系、Co-Sb系、Zn-Sb系、Pb-Te系、Ag-Sb-Ge-Te系等热电转换材料，进行利用燃料电池、汽车、锅炉/焚烧炉/高炉等大约200℃至800℃左右的余热源并将其转换为电力的尝试。然而，这样的热电转换材料中含有有害物质，存在加重环境负担的问题。

此外，作为用于高温用途上的材料，已研究出了B₄C等含大量硼的硼化物、LaS等稀土金属硫化物等，但以B₄C或LaS等金属间化合物为主体的非氧化物材料虽然在真空中能发挥比较高的性能，但存在高温下会发生结晶相分离等在高温区的稳定性差的问题。

另一方面，也研究出了减少环境影响的含有Mg₂Si(例如参照专利文献2和3、非专利文献1～3)、Mg₂Si_1-xC_x(例如参照非专利文献4)等的silicide类(硅化物类)的金属间化合物的材料。

专利文献1：特开平11-274578号公报