2016 Fiscal Year Research-status Report
プリンティング熱電デバイスを指向したBi-Te熱電インクの高性能化
| Project/Area Number |
15K04720
|
|---|
| Research Institution | Japan Advanced Institute of Science and Technology |
|---|
Principal Investigator |
小矢野 幹夫 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (60195873)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-10-21 – 2018-03-31
|
| Keywords | 熱電インク / 熱電変換 / ナノインプリンティング / エネルギーハーベステイング / 廃熱利用 / 環境・エネルギー |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，プリンティング熱電素子の実現を目指し，我々が産学協同研究により開発した「Bi-Te熱電インク」の高性能化を目指す．平成28年度は下記の二つの事項について顕著な研究成果を得た．
1. 熱電インクから作製したナノバルク熱電素子の性能向上
上記の熱電インクの熱電物性を評価・向上させるために，熱電インクを乾燥させた後に，これをダイスに詰めてホットプレス処理を行い，ナノバルク対を作製した．さらに所定の温度下でナノバルク体に一軸応力を加えて塑性変形させることにより，ナノバルクの結晶方位の配向性を制御し性能向上を行った．得られた試料を直方体に切り出し，10 K から340 Kの温度範囲で熱電物性を測定し，無次元性能指数ZTを算出した．塑性変形を加えないランダム配向試料ではZT=0.5であったのに対して，塑性変形ナノバルクは応力に垂直な方向において，p型でZT=0.9，n型でZT=1.0を達成した．これは市販のバルク材料と同等の性能であり，熱電インクの実用への道を拓くものであると言える．さらに，p型とn型では結晶配向のメカニズムが異なることも明らかにし，ナノオーダーにおける結晶配向というナノテクノロジーの要素技術についても基礎的な知見を得ることが出来た．
2. 熱電インクを用いたナノインプリンティングの試み
熱電インクを用いたプリンティング熱電素子の作製方法としては，インクジェットプリンティングが一般的に考えられるが，より大きなアスペクト比の素子を得るために，ナノインプリンティング法を活用した印刷法を試みた．予備的な実験として，50 μm角の正方形パターンや，同サイズの太さの線状パターンの印刷に成功した．次年度は，印刷条件を最適化することにより，ナノインプリントを用いた熱電素子の作製を目指す．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
上記のように本年度の進捗は順調に推移している．これらの業績に基づき，我々は当該年度に1件の国際会議発表および1報の査読付き欧文論文を発表し，さらに2件の招待講演も行った．また計画通りナノインプリントによる熱電素子の作製にも着手でき，相応のパターンを形成することに成功している．以上の状況より，進捗状況は「(2) おおむね順調に進展している」と判断した．
|
| Strategy for Future Research Activity |
本研究は順調に推移しており，熱電インクから作製したナノバルクの性能が実用レベルに達している．この成果が認められ，平成29年発行予定の『フレキシブル熱電変換材料の開発と応用（シーエムシー出版書籍）』へ「インクジェットを活用したプリンティング熱電モジュールの開発」として執筆が予定されている．最終年度は，ナノインプリンティングを活用した素子の作製について研究を推進していく．
|
| Causes of Carryover |
研究は順調に進んでおり，使用残高の残りとして1万円あまりを次年度使用額とした．
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
主として消耗品費に使用する．
|
