2015 Fiscal Year Research-status Report
一次元ナノ材料と高分子錯体複合膜を用いるハイブリッド熱電変換素子の創製
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15K04613
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| Research Institution | Tokyo University of Science, Yamaguchi |
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Principal Investigator |
白石 幸英 山口東京理科大学, 工学部, 教授 (60289303)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
浅野 比 山口東京理科大学, 工学部, 助教 (60389153)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | カーボンナノチューブ / ナノ粒子 / パラジウム / 有機熱電変換材料 / ラマン分析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換できる熱電変換技術が注目されている。従来の有機熱電変換材料は、無機材料と比べ性能が劣っていたが、カーボンナノチューブ(CNT)と複合させることで性能が大幅に向上することが報告されている。CNTは、高い導電性を持ち、比較的高いゼーベック係数と柔軟性を有する事から熱電材料への応用が期待されている。しかし、CNTの分散は容易でなく、高分子材料との複合化で分散性は向上するが、CNTの導電性は大きく低下する。本研究では、Pdナノ粒子をCNTに担持した(Pd-CNT)新奇有機/無機ハイブリッドを創製し、この熱電特性について検討した。
酢酸パラジウムとCNTをNMP/DMFの混合溶媒に分散し、100℃で45 分間加熱した。その後、吸引ろ過で溶媒を除去し、メタノールで洗浄後70℃・６時間乾燥し、Pd-CNT粉末を得た。このPd-CNT粉末とポリ塩化ビニル(PVC) をNMP中に分散させ、ポリイミド基板上にキャストして複合膜を得た。Pd-CNTを添加した複合膜の熱電特性を測定したところ、ゼーベック係数はほぼ一定であったのに対し、一方導電率はPdナノ粒子を11 wt% 含むもので最大となった。これにより算出したパワーファクター(PF )は、38μW/mK2で、ナノ粒子未添加のそれより1.7倍向上し、更にPdナノ粒子を調製後にCNTと混合した系よりも高いPF を示した。このPd-CNTによる熱電特性の向上を考察するため、ラマン分析を行った。CNTの欠陥は1600 cm-1付近に現れるGバンドと1350 cm-1のDバンドとの比(G/D比)で評価される。CNT単体のG/D比が1.48に対し、Pd-CNTのそれは2.40とPdの担持によりG/D比が向上した。これは、Pdの担持が、CNTの欠陥を補修しているものと考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
導電率がPdナノ粒子を11 wt% 含むもので最大となり、算出したパワーファクターも、ナノ粒子未添加のそれより1.7倍向上した。この値は、Pdナノ粒子を調製後にCNTと混合した系よりも高い値である。ナノ粒子によるCNT表面の改質は、ナノ粒子の新しい応用として展開が期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
本系で用いたPVCは耐熱温度が低く、長期間高温での使用が期待できない。そこで、耐熱性の高い高分子を用いハイブリッド熱電変換材料の創製を目指す。
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| Causes of Carryover |
平成27年度5月に、新エネルギー・産業技術総合開発機構の「低炭素社会を実現するナノ炭素材料実用化プロジェク」：スーパーグロース法単層ＣＮＴを用いた有機熱電変換素子の開発(中核機関 日本ゼオン)に、研究分担者として平成27－28年度参画させて頂くこととなり、試薬や実験器具など共通できるところがあり、予算の繰り越しを行った。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
上記プロジェクトは、平成27－28年度の２年間で本年も昨年度と同様の実施となる見込みである。来年度に少し予算配分を傾斜させ、本科研費プロジェクトの集大成を図る予定である。
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