[发明专利]铝-镁-硅复合材料及其制造方法和使用了该复合材料的热电转换材料、热电转换元件以及热电转换组件

说明书

技术领域

本发明涉及铝-镁-硅复合材料；热电转换材料、热电转换元件以及热电转换组件；和铝-镁-硅复合材料的制造方法。

背景技术

近年来，为了应对环境问题的日趋严重，正在研究有效利用各种能量的各种方法。特别是，伴随着工业废弃物的增加等，有效利用在焚烧它们时所产生的废热成为一个课题。例如，在大型废弃物焚烧设施中，用废热使高压蒸汽产生，通过利用该蒸汽使蒸汽涡轮旋转来发电，进行废热回收。但是，在作为废弃物焚烧设施的大多数的中型小型废弃物焚烧设施中，由于废热的排出量少，不能采用利用蒸汽涡轮等发电废热的回收方法。

作为能够在这样的中小型的废弃物焚烧设施中采用的利用废热的发电方法例如提出了使用利用塞贝克效应或珀尔贴效应可逆地进行热电转换的热电转换材料·热电转换元件·热电转换组件的方法。

作为热电转换组件例如可以列举如图1以及图2所示的组件。在该热电转换组件中热传导率小的n型半导体以及p型半导体可以分别用作n型热电转换部101以及p型热电转换部102的热电转换材料。分别在被并置的n型热电转换部101以及p型热电转换部102的上端部设置电极1015、1025，在下端部设置电极1016、1026。然后，形成分别设置于n型热电转换部以及p型热电转换部的上端部的电极1015、1025被连接而一体化后的电极，同时分别设置于n型热电转换部以及p型热电转换部的下端部的电极1016、1026分开地构成。

在此，如图1所示，加热电极1015、1025侧，从电极1016、1026侧放热，从而在电极1015、1025与电极1016、1026之间产生正的温度差(Th-Tc)，通过热激发的载流子，p型热电转换部102的电位是高于n型热电转换部101的高电位。此时，通过电极1016与电极1026之间连接电阻3作为负载，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，利用直流电源4从p型热电转换部102向n型热电转换部101流通直流电流，从而在电极1015、1025产生吸热作用，在电极1016、1026产生放热作用。另外，通过从n型热电转换部101向p型热电转换部102流通直流电流，在电极1015、1025产生放热作用，在电极1016、1026产生吸热作用。

作为热电转换组件的其他的示例，例如可以列举如图3以及图4所示的示例(例如参照专利文献1)。在该热电转换组件中，仅热传导率小的n型半导体用作热电转换材料。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。

此时，如图3所示，加热电极1035侧，从电极1036侧放热，从而在电极1035与电极1036之间产生正的温度差(Th-Tc)，电极1035侧的电位是高于电极1036侧的高电位。此时，通过电极1035与电极1036之间连接电阻3作为负载，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从电极1036侧经n型热电转换部103向电极1035侧流通直流电流，在电极1035产生吸热作用，在电极1036产生放热作用。另外，通过利用直流电源4从电极1035侧经n型热电转换部103向电极1036流通直流电流，在电极1035产生放热作用，在电极1036产生吸热作用。

利用这样极为简单的结构能够有效地进行热电转换的热电转换元件一直以来被主要应用于特殊的用途。

在此，一直以来，尝试通过Bi-Te系、Co-Sb系、Zn-Sb系、Pb-Te系、Ag-Sb-Ge-Te系等的热电转换材料利用燃料电池、汽车、锅炉·焚烧炉·高炉等的大约200℃至800℃左右的废热源转换为电。但是，由于在这样的热电转换材料中含有有害物质，因此存在环境负载增大的问题。

另外，作为在高温用途中使用的材料，研究了B₄C等大量含有硼的硼化物、LaS等的稀土金属硫属化物等，然而以B₄C或LaS等金属间化合物为主体的非氧化物系的材料虽然在真空中发挥比较高的性能，然而存在在高温下发生结晶相分解等在高温区域中的稳定性差的问题。

另一方面，还研究了环境负载小的含有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)等的硅化物系的金属间化合物的材料。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：特开平11-274578号公报