新たな熱電材料の機能発現メカニズムを解明―層状結晶化合物の超イオン伝導が熱電変換に寄与：日本原子力研究開発機構/ J-PARCセンターほか
(2018年3月15日発表)
（国）日本原子力研究開発機構とJ-PARCセンターをはじめとした日本、米国、ドイツ、中国の共同研究グループは3月15日、新たな熱電材料として期待されている層状結晶化合物の機能発現メカニズムを解明したと発表した。熱電材料の高機能化が期待されるという。
熱電材料は熱エネルギーを電気エネルギーに変換する物質。現在は発電機やクーラーなどに使われているが、今後エネルギー変換物質としての広い応用が期待されている。
今回研究グループが熱発電機能を調べたのは、セレン化クロム銀（AgCrSe2）という層状結晶化合物。この化合物はセレンとクロムから成る層と、銀だけの単原子層がサンドイッチ状に交互に積み重なった構造をしており、高温環境下では、固体中をイオンがあたかも液体のように動き回る超イオン伝導体になる。
研究グループはSPring-8の高エネルギーX線回折計や米国の中性子回折計、J-PARCの非弾性散乱装置などを用いて、熱電材料としてのこの化合物の機能発現のメカニズムを原子レベルで解析した。
その結果、この化合物の機能発現には、結晶中の銀原子の層が液体のように振る舞うことで物質内部の熱伝導を抑制していることが重要であることを突き止めた。この物質を450K（177℃）に加熱すると、銀原子層の構造が乱れて超イオン伝導体へと相転移する。この液状化が熱の伝導を抑え、熱を効率よく電気に変換する働きをしていることが判明した。
層状結晶を構成する原子を他の原子に置き換えた場合でもセレン化クロム銀と同様に安定した構造になることが今回の研究の中で理論的に示されたことから、予想される物質群の中からより高機能な熱電材料が発見される可能性が高いという。