Bi2Te2.7Se0.3の熱電性能がZT値1.15を達成、微細構造制御と粉末プロセス設計で廃棄熱回収とウェアラブルデバイスに貢献

2026年8月31日

The Royal Society of Chemistry イギリス

概要

研究者らは、冷間プレス焼結と制御された粒子サイズ微細化を組み合わせることで、Bi2Te2.7Se0.3の熱電（TE）性能を大幅に向上させました。このアプローチにより、無ドープn型Bi2Te2.7Se0.3で300 Kにおいて1.15という高いZT値が達成されました。これは、キャリアおよび熱輸送を修正する精製された多孔質微細構造によるものです。この微細構造工学のブレークスルーは、廃棄熱回収、ウェアラブルエレクトロニクス、IoTセンサー向けの高効率TE材料開発に不可欠です。

詳細

主要成果

研究者らは、Bi2Te2.7Se0.3の熱電（TE）性能を大幅に向上させる画期的な手法を開発しました。冷間プレス焼結と精密な粒子サイズ微細化を組み合わせたこのアプローチにより、無ドープn型Bi2Te2.7Se0.3が300 K（約27℃）において1.15という極めて高い熱電性能指数（ZT値）を達成しました。この成果は、精製された多孔質微細構造がキャリアおよび熱輸送特性を効果的に変更したことによるものです。

技術・臨床詳細

この研究では、まずBi2Te2.7Se0.3粉末の粒子サイズを精密に制御し、その後、冷間プレス焼結という特殊な加工プロセスを適用しました。これにより、材料内部に均一で精製された多孔質微細構造が形成されます。この多孔質構造は、フォノン（熱を伝える量子粒子）の散乱を促進し、格子熱伝導率（κL）を大幅に低減します。同時に、電子の移動度を維持または向上させることで、電気伝導率を高く保ちます。結果として、熱電性能の鍵となるZT値（ZT = S²σT/κ、Sはゼーベック係数、σは電気伝導率、Tは絶対温度、κは全熱伝導率）が従来のBi2Te2.7Se0.3よりも大幅に改善され、室温で1.15という高い値に達しました。

背景・業界文脈

熱電材料は、廃熱を直接電気に変換できるクリーンエネルギー技術として、その効率向上が長年の課題でした。特に室温付近での高効率化は、ウェアラブルデバイス、IoTセンサー、自動車の廃熱回収など、多様なアプリケーションにおける実用化の鍵となります。しかし、高いZT値を持つ材料の開発は、電気伝導率と熱伝導率という相反する特性のバランスを取る必要があり、非常に困難でした。本研究の成果は、このトレードオフを克服する新たな道筋を示したものです。

今後の展望

Bi2Te2.7Se0.3の熱電性能向上は、廃熱回収システム、ウェアラブルエレクトロニクス、IoTセンサーなどの分野に大きな影響を与えるでしょう。特に、室温で高いZT値を持つ材料の実現は、これらのデバイスのエネルギー効率と自律性を飛躍的に向上させ、電池の寿命延長や小型化に貢献します。産業界にとって、これは環境負荷の低減と運用コストの削減に直結するだけでなく、新たな製品カテゴリの創出や市場機会の拡大をもたらす可能性があります。投資家は、エネルギー効率改善と持続可能性を追求する技術としての熱電材料の潜在的な成長に注目すべきです。

元記事: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2026/ra/d6ra00789j

毎週の技術動向レポートを無料でお届け

各分野の分析レポートを読む価値があるかどうか一目で判断できるインフォグラフィックをメールで受け取れます。

📢 メールマガジンに無料登録（週刊・技術動向レポート）

ご登録いただくと、Troy-Technical から週刊で技術動向レポート（メールマガジン）をお届けします。