29.04.2025 by Dr. Chiara Baldini
ナノリボン技術で廃熱を電力に変える - サーモエレクトリックの性能向上
先端材料科学において、ナノスケールでの精密な構造工学は、エレクトロニクス、熱管理、特に熱電材料を含む様々な用途におけるセラミック複合材料の性能を最適化するために非常に重要である。この分野における基本的な課題は、方向特性と機能効率を最適化する制御された非対称構造を作り出すことである。
Journal of the American Ceramic Societyに掲載された最近の共同研究「Asymmetric structuring of ceramic composite via co-electrospun sodium cobaltite and calcium cobaltite nanoribons（コバルト酸ナトリウムおよびコバルト酸カルシウムナノリボンの共エレクトロスパンによるセラミック複合体の非対称構造化）」は、この課題の克服に向けた重要な進展である。ライプニッツ大学ハノーファー物理化学・電気化学研究所（ドイツ）とテクニオン-イスラエル工科大学ウォルフソン化学工学科（イスラエル、ハイファ）の研究者らは、共エレクトロスピニングと呼ばれる革新的な製造方法を採用した。このエレクトロスピニングの高度なバリエーションにより、コバルト酸ナトリウム（NaCo₂O₄）とコバルト酸カルシウム（Ca₃Co₂O₄）からなる複合ナノリボンの精密な調製が可能になった。このアプローチは、セラミックの微細構造とテクスチャリングを正確に制御し、熱電性能を向上させるために特別に調整された材料を作成しました。
NETZSCH DSCとLFAによる高度な特性評価：熱電性能の鍵
NETZSCH Analyzing & Testing社の研究室は、この研究に不可欠な専門的熱分析に貢献しました。具体的には、NETZSCH LFA 467HT HyperFlash® を用いて測定した熱拡散率と、NETZSCH DSC 404F1 Pegasus® を用いて求めた比熱容量に基づいて、面内および面外の熱伝導率（λ）を正確に測定しました。
これらの測定は、複合材料の熱挙動の包括的評価に貢献した。
この研究では、熱電性能が向上していることが実証され、1073Kでの力率は9.9μW/cm²K²、ZT値は0.49で、同様のコバルト酸塩ベースの材料について以前に報告された値を上回りました。これらの改善は、ナノ構造複合材料内の電荷キャリア特性が最適化されたことにより、導電性が向上したことに関連しています。
この研究は、学術機関と専門の分析研究所との効果的な連携が、セラミック材料技術の進歩をいかに加速するかを例証するものである。
謝辞
ライプニッツ大学ハノーファー物理化学・電気化学研究所（ドイツ）、ウォルフソン化学工学科、およびテクニオン・イスラエル工科大学（イスラエル、ハイファ）のナンシー＆ステファン・グランド・テクニオン・エネルギープログラム（GTEP）からの共同研究の貢献に感謝いたします。私たちは、熱分析分野の専門知識と高度な機器を提供することで、この研究をサポートできたことを誇りに思っています。
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