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電流と熱流の結合による巨大ゼーベック効果の包括的理解

Publicly Offered Research

Project Areapi-System Figuration: Control of Electron and Structural Dynamism for Innovative Functions
Project/Area Number 17H05158
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionNara Institute of Science and Technology

Principal Investigator

小島 広孝  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (70713634)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2018: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2017: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Keywords廃熱利用 / 熱電変換 / ゼーベック効果 / 電子・電気材料 / 単結晶 / ペレット / 振電結合
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、近年急速に注目されている有機熱電変換材料に関して、前回の新学術領域研究等にて報告している巨大なゼーベック係数の発現機構の解明を指向し、物性計測・化学計算・物性理論等の多角的アプローチを行う。
平成30年度は、前年度までに実施してきた単結晶試料における熱電測定手法を用いて、同新学術領域内外における共同研究により提供された単結晶試料の測定を行い、複数の試料において数10 mV/K程度の巨大ゼーベック効果を見出した。また、測定中の試料に光照射を行った実験では、ゼーベック係数の減少が観測された。これにより、キャリア密度の増加によりゼーベック係数が変調を受ける可能性が強く示唆された。この結果は、以前に見出された熱励起によるゼーベック係数の変化とも符合する結果を与えた。さらに、共同研究により、物性理論において新概念を導入することで、これらの実験結果を理論的に説明できる結果がごく最近になって得られつつある。
また同年度は、ペレット状に成形した粉末試料における熱電特性の測定法の開発も行った。この測定法では、昇華性や溶解性の無い試料にも適用できるため、より広範な試料のスクリーニング等において有益であると考える。この測定法を用いて、長さの異なるアルキル基をもつチエノアセン誘導体の測定を行ったところ、構造相転移に伴う導電性と熱電特性の変調が観測され、アルキル基が長いほどこの効果が顕著に得られることがわかった。これらの結果から、特に側鎖に関する設計指針が得られた。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (25 results)

All 2019 2018 2017

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (21 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Invited: 6 results) Book (2 results)

  • [Journal Article] Universality of Giant Seebeck Effect in Organic Small Molecules2018

    • Author(s)
      H. Kojima, R. Abe, F. Fujiwara, M. Nakagawa, K. Takahashi, D. Kuzuhara, H. Yamada, Y. Yakiyama, H. Sakurai, T. Yamamoto, H. Yakushiji, M. Ikeda, M. Nakamura
    • Journal Title

      Materials Chemistry Frontiers

      Volume: 2 Issue: 7 Pages: 1276-1283

    • DOI

      10.1039/c7qm00596b

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Thermoelectric and Thermal Transport Properties in Sumanene Crystals2018

    • Author(s)
      H. Kojima, M. Nakagawa, R. Abe, F. Fujiwara, Y. Yakiyama, H. Sakurai, M. Nakamura
    • Journal Title

      Chemistry Letters

      Volume: 47 Issue: 4 Pages: 524-527

    • DOI

      10.1246/cl.171210

    • NAID

      130006638907

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Thermoelectric Measurements for Pi-Figurated Compounds in Various Forms: Thin Film, Crystal, and Pelletized Powder2019

    • Author(s)
      H. Kojima, S. Inoue, T. Takeuchi, K. Kojima, R. Abe, S. Izawa, M. Kikuchi, M. Hiramoto, M. Nakamura
    • Organizer
      7th International Symposium on Pi-System Figuration
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Specific Thermoelectric Conversion as an Intrinsic Property of Organic Semiconductors2019

    • Author(s)
      H. Kojima, R. Abe, S. Inoue, K. Kojima, M. Nakamura
    • Organizer
      Pi-System Figuration European-Japanese Workshop 2018 (Pi-EJ 2018)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Exploring Large Seebeck Coefficient in Organic Single Crystals2019

    • Author(s)
      K. Kojima, H. Kojima, R. Abe, S. Inoue, S. Izawa, M. Kikuchi, M. Hiramoto, M. Nakamura
    • Organizer
      Pi-System Figuration European-Japanese Workshop 2018 (Pi-EJ 2018)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Specific Thermoelctric Effect in Organic Compounds and Understanding the Vibronic Coupling2019

    • Author(s)
      H. Kojima
    • Organizer
      Workshop on Thermal Transport
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] DNTT類縁体を用いたペレット状試料の作製と熱電性能の評価2018

    • Author(s)
      井上智史,竹内高伸,中川真理雄,阿部竜,小島広孝,中村雅一
    • Organizer
      有機固体若手の会2018秋の学校
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 熱から電気をつくる~有機熱電変換2018

    • Author(s)
      小島広孝,阿部竜,井上智史,小嶋晃平,中村雅一
    • Organizer
      第8回CSJフェスタ2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 有機固体における巨大ゼーベック効果 ~量子解放のもう一方の極限~2018

    • Author(s)
      中村雅一,小島広孝,稲垣剛
    • Organizer
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 分子性固体における局所フォノンの振電相互作用と特異な熱電効果への影響2018

    • Author(s)
      小島広孝
    • Organizer
      第2回フォノンエンジニアリング研究会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 有機低分子単結晶における巨大ゼーベック効果2018

    • Author(s)
      竹内高伸,井上智史,阿部竜,小島広孝,鄭敏喆,辨天宏明,田村悠人,山田容子,菊池満,伊澤誠一郎,平本昌宏,中村雅一
    • Organizer
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 有機半導体単結晶における巨大ゼーベック効果の発現2018

    • Author(s)
      小島広孝
    • Organizer
      有機固体若手の会冬の学校2018
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Efficient Synthesis and Thermoelectric Properties of Coordination Polymers with Benzenetetrathiol Derivative2018

    • Author(s)
      K. Ueda, M. Murata, N. Toyama, M. Oku, M. Muraoka, R. Abe, H. Kojima, M. Nakamura
    • Organizer
      日本化学会第98春季年会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Recent Progress on Understanding the Origin of Giant Seebeck Effect in Organic Small Molecules2018

    • Author(s)
      H. Kojima, R. Abe, T. Takeuchi, S. Inoue, S. Izawa, M. Kikuchi, M. Hiramoto, Y. Yakiyama, H. Sakurai, and M. Nakamura
    • Organizer
      International Conference on Organic and Hybrid Thermoelectrics (ICOT2018)
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Crystal Structure Analyses of Organic Semiconductor Thin Films with Variable-Temperature Two-Dimensional Grazing Incidence X-ray Diffraction2017

    • Author(s)
      R. Abe, H. Kojima, M. Kikuchi, T. Watanebe, T. Koganezawa, N. Yoshimoto, I. Hirosawa, M. Nakamura
    • Organizer
      2017 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2017)
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 有機単結晶試料における巨大ゼーベック効果2017

    • Author(s)
      小島広孝,竹内高伸,阿部竜,伊藤誠一郎,菊地満,平本昌宏,中村雅一
    • Organizer
      「π造形科学」第4回公開シンポジウム
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 温度可変 2 次元すれすれ入射 X 線回折を利用した巨大ゼーベック効果を発現する有機熱電材料の薄膜構造解析2017

    • Author(s)
      阿部竜,鄭敏喆,小島広孝,菊池護,渡辺剛,小金澤智之,廣沢一郎,吉本則之,辨天宏明,中村雅一
    • Organizer
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 有機材料における特異な熱電現象と計算化学的解析2017

    • Author(s)
      小島広孝,阿部竜,中村雅一
    • Organizer
      第66回高分子討論会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 熱を電気に変換する有機半導体材料とその特異な性質2017

    • Author(s)
      小島広孝
    • Organizer
      第3回SPERC研究交流発表会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 特異な熱電現象の解明を指向した分子動力学計算による熱物性の評価2017

    • Author(s)
      小島広孝,阿部竜,井上智史,中村雅一
    • Organizer
      第31回分子シミュレーション討論会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 特異な熱電現象の解明を指向した電子と格子の化学計算2017

    • Author(s)
      小島広孝
    • Organizer
      奈良先端科学技術大学院大学異文化融合ワークショップ「電子格子相互作用:基礎物理からデバイス応用まで」
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Specific thermoelectric effect in organic materials and the computational elucidation2017

    • Author(s)
      H. Kojima
    • Organizer
      International Symposium for Advanced Materials Research (ISAMR) 2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Giant Seebeck Effect in Organic Semiconductors: A DFT Study of the Vibronic Coupling2017

    • Author(s)
      H. Kojima, R. Abe, M. Nakagawa, T. Takeuchi, M. Ito, K. Takahashi, T. Yamamoto, H. Yakushiji, M. Ikeda, M. Kikuchi, D. Kuzuhara, H. Yamada, N. Yoshimoto, and M. Nakamura
    • Organizer
      International Union of Materials Research Societies-The 15th International Conference on Advanced Materials (IUMRS-ICAM)
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Book] サーマルデバイス 新素材・新技術による熱の高度制御と高効率利用2019

    • Author(s)
      舟橋良次(監修)、小原春彦(監修)、岩室憲幸、梅沢仁、山崎聡、小原春彦、小島広孝、中村雅一ほか
    • Total Pages
      403
    • Publisher
      NTS出版
    • ISBN
      9784860436025
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Book] フレキシブル熱電変換材料の開発と応用2017

    • Author(s)
      中村雅一(監修)、戸嶋直樹、石田敬雄、小島広孝、真庭豊、河合壯、宮崎康次、末森浩司、小矢野幹夫、伊藤光洋、関本祐紀ほか
    • Total Pages
      254
    • Publisher
      シーエムシー出版
    • ISBN
      9784781312552
    • Related Report
      2017 Annual Research Report

URL: 

Published: 2017-04-28   Modified: 2019-12-27  

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