発表のポイント

・蜂の巣（ハニカム）状にミクロな孔のあいたガラスをMg蒸気中で加熱することで、その形状を維持して熱電変換材料^※1として知られるMg₂Si半導体の合成に成功。
・無機材料でありながら水や有機溶媒に浮くほど軽量なMg₂Siハニカム多孔体を実現。
・Mg₂Siの多孔体化により熱電変換効率の向上に必須の高電気伝導率と低熱伝導率の両立を実現へ。

概要

　エネルギー効率の改善やCO₂の大幅削減を図るために、資源的に豊富な元素で構成される軽量かつ高効率な熱電変換材料が望まれます。
　東北大学材料科学高等研究所藪浩准教授（ジュニアPI・東北大学ディスティングイッシュトリサーチャー）、東北大学多元物質科学研究所山田高広准教授、山形大学松井淳教授、および北海道大学、名古屋工業大学からなる研究グループは、熱電変換材料として知られるマグネシウムシリサイド（Mg₂Si）ハニカム多孔体の新規合成法を開発しました。
　得られたMg₂Siハニカムは、無機材料でありながら水や有機溶媒に浮くほど軽く、電気伝導率を保持したまま、1層のハニカム構造あたり熱伝導率を11％低減できることが明らかとなりました。今後、高効率で軽量な熱電変換素子の実現に向けてデバイス化を進めることで、低炭素社会実現への貢献が期待されます。
　本成果は米国化学会の雑誌であるChemistry of Materials誌のオンライン版に2020年11月25日（米国東部時間）に掲載されました。
プレスリリース本文（PDF）

図1．ガラス（SiO₂）コートポリブタジエンハニカムのMg蒸気アニーリングによるMg₂Siハニカム形成の模式図（孔のサイズは約5µm）

用語解説：
※1. 熱電変換材料
温度差を電気に変えることができる半導体物質。n 型と p 型があり、これら 2 種の熱電変換材料を接合し、その両端に温度差を生じると起電力が生じ、発電できる。

論文情報：
Highly Porous Magnesium Silicide Honeycombs Prepared by Magnesium Vapor Annealing of Silica-Coated Polymer Honeycomb Films toward Ultrarightweight Thermoelectric Materials
Hiroshi Yabu*, Yasutaka Matsuo, Takahiro Yamada, Hirotaka Maeda, Jun Matsui
Chemistry of Materials
DOI: 10.1021/acs.chemmater.0c03696

関連リンク：
東北大学
東北大学材料科学高等研究所（AIMR）
山形大学
北海道大学
名古屋工業大学