Air-stable and water-resistant n-type organic thermoelectric materials using rational design of molecular-cationic dopant
| Project/Area Number |
21K14428
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 26040:Structural materials and functional materials-related
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University (2023)
Tokyo University of Science, Yamaguchi (2021-2022) |
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Principal Investigator |
秦 慎一 東京都立大学, 都市環境科学研究科, 特任准教授 (20796271)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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| Keywords | n型伝導 / 両親媒性ドーパント / Li イオン受容体分子 / 水和水 / 有機熱電 / カーボンナノチューブ / 分子ラッピング / 比表面積 / 耐水性 / 有機熱電材料 / 界面活性剤 / 超分子 / 高分子 / 化学ドーピング / 金属ナノ粒子 |
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| Outline of Research at the Start |
エネルギー自給率向上を望む我が国では、化石燃料由来の未利用低温排熱を電気に変換する軽量かつ柔軟な有機熱電モジュールの実現が強く求められる。しかしその性能を真に発揮するには、構成部であるn型有機材料の空気中酸素・水に起因した性能劣化を防ぐことが必要不可欠であった。一方、申請者が調製したカチオン性界面活性剤ドープカーボンナノチューブ（CNT）では、水中でn型有機熱電特性の劣化が2週間もなく、世界に先駆けて安定化の知見を得ている。本研究では特異な安定化機構とnドープ挙動を解明するとともに、“分子性カチオンドーパント”を適切に構造制御することで、この材料の発電性能を実用水準まで発展させることを目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
いくつかのエレクトロニクス用途では、過酷な環境または高温における大気酸化に対する n 型カーボン ナノチューブ (CNT) を含むコンポーネントの不安定性が重大な懸念事項となっている。2023年度では、温風でも特性が保持されるn型CNTフィルムの開発とその有機熱電特性を経時的に調べることを目的とした。検討により以下の結果が得られ、これらの成果は既に学術雑誌に投稿され、受理された。
・ホスホニウム塩によるn型CNTの緻密な分子ラッピングにより、露出したCNT表面が79%減少し、353 K条件下におけるCNT表面における酸素の求電子反応が抑制された。（ACS Appl. Eng. Mater., 2023, 1, 894-900）
・ドーパント層に水和水を混合すると、n 型CNTの動作安定性が長くなることを発見した。Li+との超分子相互作用により、ドーパント層の水の吸着が増加し、大気中の酸素がCNT 構造に入るのが妨げられ、373 Kでのn型寿命が6日から16日まで延長される。(RSC Appl. Interfaces, 2024)
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Report
(3 results)
Research Products
(16 results)
