はじめに
熱電用途では、テルル化ビスマス、テルル化プラム、スクッテルダイトなど、さまざまな材料の採用が進んでいます。例えば、自動車や火力発電所での経済的な使用のためには、熱電システムの高い効率が要求されます。これは、いわゆるメリット係数（ZT）で示されます。高いゼーベック係数と高い電気伝導率とともに、低い熱伝導率も要求される。研究の目的は、フォノニックの寄与を減らし、熱伝導率の電子的寄与を増やすことである。これは例えば、ドーピングや構造条件の確立（標的フォノン散乱）によって実現できる。
実験的
熱伝導率の測定は、厚さ2～3mm、直径12.6mmの円盤状試料を用いて、LFA 457 MicroFlash® （図1）を用いて行った。試料の前面は平行であった。
結果と考察
図2に示すのは、Bi0,5Sb1,5Te3（P-38）の比熱、熱拡散率、熱伝導率である。比熱は温度の上昇とともにわずかに増加するのみである。熱拡散率は低温域では温度の上昇とともに減少し、高温域では強く増加する。低温では、これはよく知られた1/T依存性[1]を持つ単なるフォノニック伝導体の挙動に対応する。高温では、温度が上昇するにつれて半導体材料中で形成されるようになる自由電子/正孔による寄与が支配的になる。比熱容量の温度依存性が低いため、熱伝導率もこの傾向に従う。
図3は、p-伝導層P-38（Bi0,5Sb1,5Te3）とn-伝導層N38（Bi2Se0,2Te2,8）の熱伝導率の比較である。150℃では、両材料の熱伝導率はほぼ同じである。室温までは、N-38の熱伝導率の低下はP-38に比べて低い。おそらく、P-38の熱伝導率のフォノニック寄与の減少がより強いと考えられる。
高温での熱伝導率の増加は、両材料ともほぼ同じである。したがって、電子／正孔の寄与量は両材料とも同じであると結論づけることができる。どちらの場合も、熱伝導率は比較的低い。高温での強い増加は、これらの材料のZTが高いと仮定すると、高い電気伝導率を意味する可能性がある。
概要
さまざまな熱電材料の熱物性を調べるためにレーザーフラッシュ装置を用いた。レーザーフラッシュ法は、熱電材料（低格子伝導率、高ZT値）の最適化や、熱拡散率、比熱容量、熱伝導率の直接測定に適していることが実証された。LFA 457 MicroFlash® により、熱電材料の最適な構造と組成に関する結論を導き出すことができる。