The recovery of energy from waste heat by thermoelectric
(TE) power generation has been desired as an effective
technology to contribute to the reduction of carbon
dioxide emissions. Layered oxides have good potential
as materials for TE devices, because they are composed
of environmentally benign elements and are chemically
stable in a high temperature air atmosphere. Layered
cobaltites are p-type materials with strong anisotropy
in their TE properties and thus fabrication of textured
ceramics is required for practical application of
the materials. We have proposed for the reactive-templated
grain growth (RTGG) method, the use of platelike β-Co(OH)2
particles as reactive templates that provide an edge-sharing
CoO6 octahedra layer similar to the CoO2
layer in the crystal structure of layered cobaltites.
We prepared ceramic specimens by the in situ
reaction between the aligned platelike β-Co(OH)2
templates and the complementary reactants (oxides
or carbonates) for target cobaltite compositions.
As a result, the textured ceramics, with a high degree
of orientation and improved TE properties, have been
prepared as designed for various layered cobaltites.
In particular, the value of electrical conductivity
(an important factor of TE performance) of the textured
[Ca2CoO3]0.62[CoO2]
ceramic reached about 60 % of that of a single crystal.
It was shown that the RTGG method is a versatile and
effective fabrication technique for the synthesis
of textured ceramics of the layered cobaltites.
廃熱からエネルギーを回生する熱電変換発電は,二酸化炭素排出量削減技術として実用化が期待されている。環境負荷物質を含まず,高温大気中で安定な層状酸化物導電体は,熱電素子候補物質の一つである。酸化物としては高いp型熱電性能を示すCo系層状酸化物は,その結晶構造に起因して熱電性能に大きな異方性を示す。このため,実用化には配向セラミックスの作製技術が不可欠である。そこで,
β-Co(OH)
2
がCo系層状酸化物の結晶構造中のCoO
2層と類似の稜共有CoO
6八面体から構成されていることに着目し,CoO
2層を提供する反応性テンプレートとして
β-Co(OH)
2
を利用するRTGG法を提案してきた。配向させた板状
β-Co(OH)
2
テンプレート粒子と,目的のCo系層状酸化物の組成にするための反応補完物質 ( 酸化物または炭酸塩 ) とを反応させることによって高配向度のセラミックスを作製した。その結果,優れた熱電性能を示す各種のCo系層状酸化物熱電体の配向セラミックスが設計通りに作製された。特に,[Ca
2CoO
3]
0.62[CoO
2]の配向セラミックスの電気伝導度
( 熱電性能の重要因子の一つ ) は,単結晶の約60%という大きな値に到達した。我々の提案したRTGG法が,Co系層状酸化物熱電体の配向セラミックスの汎用的かつ効果的な作製技術であると示された。