業績情報

• Melt growth of crystalline α-SrSi2 by the vertical Bridgman method and its thermoelectric characteristics　　　　　　　　　　　　　　　
  Haruno Kunioka; Shiori Iida; Kosuke Kimura; Yuto Shioya; Yuki Hiraoka; Yoji Imai; Naomi Hirayama; Tsutomu Iida
  Journal of Crystal Growth, 巻：645, 開始ページ：127838, 終了ページ：127838, 2024年11月, ［査読有り］
  Elsevier BV, 研究論文（学術雑誌）
  DOI：https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2024.127838
  DOI ID：10.1016/j.jcrysgro.2024.127838, ISSN：0022-0248
• Study on the possibility of band gap widening of thermoelectric semiconductor α-SrSi2 by isoelectronic elements incorporation　　　　　　　　　　　　　　　
  Yuki Hiraoka; Yoji Imai; Tsutomu Iida; Haruno Kunioka
  Computational Condensed Matter, 巻：40, 開始ページ：e00932, 終了ページ：e00932, 2024年09月, ［査読有り］
  Elsevier BV, 研究論文（学術雑誌）
  DOI：https://doi.org/10.1016/j.cocom.2024.e00932
  DOI ID：10.1016/j.cocom.2024.e00932, ISSN：2352-2143
• Investigation of group 13 elements as potential candidates for p-type dopants in the narrow-gap thermoelectric semiconductor α-SrSi2
  Haruno Kunioka; Daishi Shiojiri; Shinta Takahashi; Kota Hiratsuka; Masato Yamaguchi; Naomi Hirayama; Yoji Imai; Motoharu Imai; Tsutomu Iida
  Journal of Materials Science, 巻：59, 号：18, 開始ページ：7840, 終了ページ：7853, 2024年04月, ［査読有り］
  Abstract
  
  To investigate the possibility of p-type doping of α-SrSi₂, a promising as an eco-friendly thermoelectric material, the energy changes of substitutions of the Si site of α-SrSi₂ by group 13 elements were evaluated using first-principles calculations. It is found that Ga doping was the most energetically favorable dopant while In is the most unfavorable. We examined the synthesis of Ga- and In-doped α-SrSi₂ using the vertical Bridgeman method and investigated their thermoelectric properties. The Ga atoms were doped to α-SrSi₂ successfully up to 1.0 at. %, while In atoms could not be doped as suggested by calculations. For experimental prepared Ga-doped samples, the carrier density was observed to increase with Ga doping, from 3.58 × 10¹⁹ cm⁻³ for undoped α-SrSi₂ to 4.49 × 10²⁰ cm⁻³ for a 1.0 at. % Ga-doped sample at 300 K. The temperature dependence of carrier concentrations was observed to change from negative to positive with increasing Ga content. In addition, the temperature dependence of the Seebeck coefficient was also observed to change from negative to positive with increasing Ga content. The results indicate that α-SrSi₂ undergoes a semiconductor–metal transition with Ga doping. The power factor for the undoped sample was quite high, at 2.5 mW/mK², while the sample with 0.3 at. % Ga had a value of 1.1 mW/mK² at room temperature.
  Springer Science and Business Media LLC, 研究論文（学術雑誌）
  DOI：https://doi.org/10.1007/s10853-024-09653-x
  DOI ID：10.1007/s10853-024-09653-x, ISSN：0022-2461, eISSN：1573-4803
• Thermoelectric properties of yttrium-doped Mg3(Sb,Bi)2 synthesized by melting method　　　　　　　　　　　　　　　
  K. Kihou; H. Kunioka; H. Nishiate; C.H. Lee
  Journal of Materials Research and Technology, 巻：10, 開始ページ：438, 終了ページ：444, 2021年01月, ［査読有り］
  Elsevier BV, 研究論文（学術雑誌）
  DOI：https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.12.008
  DOI ID：10.1016/j.jmrt.2020.12.008, ISSN：2238-7854
• Thermoelectric properties of NaZn4CuAs3 crystalized in the rhombohedral structure　　　　　　　　　　　　　　　
  Aichi Yamashita; Kunihiro Kihou; Haruno Kunioka; Hirotaka Nishiate; Atsushi Yamamoto; Yosuke Goto; Yoshikazu Mizuguchi; Tsutomu Iida; Yoshihiko Takano; Chul-Ho Lee
  Journal of Solid State Chemistry, 巻：291, 開始ページ：121588, 終了ページ：121588, 2020年11月, ［査読有り］
  Elsevier BV, 研究論文（学術雑誌）
  DOI：https://doi.org/10.1016/j.jssc.2020.121588
  DOI ID：10.1016/j.jssc.2020.121588, ISSN：0022-4596
• Thermoelectric Properties of La1-xSrxZnAsO
  Y. Kimura; H. Kunioka; K. Kihou; H. Nishiate; H. Usui; Y. Tokunaga; T. Iida; K. Kuroki; C. H. Lee
  Journal of Electronic Materials, 巻：49, 号：11, 開始ページ：6715, 終了ページ：6720, 2020年09月, ［査読有り］
  Springer Science and Business Media LLC, 研究論文（学術雑誌）
  DOI：https://doi.org/10.1007/s11664-020-08439-6
  DOI ID：10.1007/s11664-020-08439-6, ISSN：0361-5235, eISSN：1543-186X
• Thermoelectric Properties of (Ba,K)Zn₂As₂ Crystallized in the ThCr₂Si₂-type Structure
  Haruno Kunioka; Kunihiro Kihou; Daichi Kato; Hidetomo Usui; Tsutomu Iida; Hirotaka Nishiate; Kazuhiko Kuroki; Atsushi Yamamoto; Chul-Ho Lee
  Inorganic Chemistry, 巻：59, 号：9, 開始ページ：5828, 終了ページ：5834, 2020年04月, ［査読有り］
  American Chemical Society (ACS), 研究論文（学術雑誌）
  DOI：https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.9b02680
  DOI ID：10.1021/acs.inorgchem.9b02680, ISSN：0020-1669, eISSN：1520-510X
• Observation of Interface between Thermoelectric Material Zn4Sb3 and Electrodes by Resistance Scanning and Seebeck Coefficient Mapping Techniques
  H. Kunioka; H. Obara; A. Yamamoto; T. Iida
  MATERIALS TRANSACTIONS, 巻：59, 号：7, 開始ページ：1035, 終了ページ：1040, 2018年07月, ［査読有り］
  Japan Institute of Metals, 研究論文（学術雑誌）
  DOI：https://doi.org/10.2320/matertrans.e-m2018814
  DOI ID：10.2320/matertrans.e-m2018814, ISSN：1345-9678, eISSN：1347-5320
• Effect of rattling motion without cage structure on lattice thermal conductivity in LaOBiS2−xSex
  C. H. Lee; A. Nishida; T. Hasegawa; H. Nishiate; H. Kunioka; S. Ohira-Kawamura; M. Nakamura; K. Nakajima; Y. Mizuguchi
  Applied Physics Letters, 巻：112, 号：2, 2018年01月, ［査読有り］
  Low energy phonons in LaOBiS2−xSex are studied using inelastic neutron scattering. Dispersionless flat phonon branches that are mainly associated with a large vibration of Bi atoms are observed at a relatively low energy of E = 6–6.7 meV. The phonon energy softens upon Se doping presumably owing to its heavier atomic mass than the S atom and the expansion of the lattice constant. Simultaneously, the lattice thermal conductivity lowered upon Se doping as the same manner of the phonon softening. These suggest that despite the lack of an oversized cage in LaOBiS2−xSex, rattling motions of Bi atoms can scatter phonon like rattling in cage compounds, contributing to enhance the thermoelectric property.
  AIP Publishing, 研究論文（学術雑誌）
  DOI：https://doi.org/10.1063/1.5010373
  DOI ID：10.1063/1.5010373, ISSN：0003-6951, eISSN：1077-3118
• Thermoelectric properties of (Ba,K)Cd₂As₂ crystallized in the CaAl₂Si₂-type structure
  H. Kunioka; K. Kihou; H. Nishiate; A. Yamamoto; H. Usui; K. Kuroki; C. H. Lee
  Dalton Transactions, 巻：47, 号：45, 開始ページ：16205, 終了ページ：16210, 2018年, ［査読有り］
  

  As-Based Zintl compounds Ba_1−xK_xCd₂As₂ crystallized in the CaAl₂Si₂-type structure (space group P3̄m1) were prepared using solid-state reactions followed by hot-pressing.

  
  Royal Society of Chemistry (RSC), 研究論文（学術雑誌）
  DOI：https://doi.org/10.1039/c8dt02955e
  DOI ID：10.1039/c8dt02955e, ISSN：1477-9226, eISSN：1477-9234
• Electrical current dependence of the ionic conduction in Zn₄Sb₃
  Haruno Kunioka; Atsushi Yamamoto; Tsutomu Iida; Haruhiko Obara
  Applied Physics Express, 巻：10, 号：9, 開始ページ：095801, 終了ページ：095801, 2017年08月, ［査読有り］
  IOP Publishing, 研究論文（学術雑誌）
  DOI：https://doi.org/10.7567/apex.10.095801
  DOI ID：10.7567/apex.10.095801, ISSN：1882-0778, eISSN：1882-0786

• ありふれた元素で構成され低温度域(100~300℃)で動作する熱電池の開発　　　　　　　　　　　　　　　
  日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 基盤研究(A), 2023年04月01日 - 2026年03月31日
  飯田 努; 國岡 春乃; 麻原 寛之, 東京理科大学
  配分額（総額）：46670000, 配分額（直接経費）：35900000, 配分額（間接経費）：10770000
  課題番号：23H00189
• 循環型社会に適応する環境低負荷かつ工業化に適した手法で作製する熱電池の開発　　　　　　　　　　　　　　　
  日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 若手研究, 2023年04月01日 - 2025年03月31日
  國岡 春乃, 東京理科大学
  配分額（総額）：4680000, 配分額（直接経費）：3600000, 配分額（間接経費）：1080000
  Society5.0では大量のセンサーを必要とし、化学電池がその電源を担う。しかし、その電源である化学電池は欧州委員会の取り決めにより将来回収が義務付けられ、LiやNi等が規制の対象となるため、代替電池の開発が求められている。本研究では、循環型社会に対応する環境低負荷な熱電池を開発するため、完全無毒・地殻埋蔵量の豊富な構成元素からなり、工業化に適した溶融合成プロセスを用いて作製したSrSi2において、2 W以上の発電を可能とする熱電池の開発に挑戦する。具体的には熱電池において発電能力を示すPFが室温から473 Kの低温度域で2.6 mW/mK2以上になるようSrSi2における育成手法の探索及びドーピングをおこなった。
  その結果、熱電池材料である単相のSrSi2を垂直ブリッジマン溶融合成法で作製することに成功し、発電能力を示す電力因子は2.9 mW/mK2を示した。キャリア濃度の温度依存性から活性化エネルギーを求めたところ、48 meVとこれまでで最も大きな値を示した。この数値を元に第一原理計算の計算条件を見直し、実験値のゼーベック係数を再現できた。第一原理計算を用いて不純物置換を行った際にどういった元素が安定か１３族において調べたところ、Gaが最も安定で、Inが最も不安定であることが明らかとなり、それを実験的に検証した。その結果、計算結果と同様の傾向を示し、Gaは1 at/%までSrSi2にドープできたが、Inはドープできなかった。また、Gaではホールドープできていたものの、ドープしたことによりギャップが潰れてしまい、金属的な挙動を示し、電力因子が低下してしまったことから、ドープのみでこの材料の電力因子を向上させることが難しいことが明らかとなった。
  課題番号：23K13317