2016 Fiscal Year Annual Research Report
Independent control of heat/charge transport using CNT/protein junctions and its application to thermally insulating thermoelectric generators
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16H04333
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
中村 雅一 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 教授 (80332568)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西山 靖浩 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 助教 (00581430)
山下 一郎 大阪大学, 工学研究科, 特任教授 (30379565)
小島 広孝 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 助教 (70713634)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 熱電変換 / ハイブリッド材料 / カーボンナノチューブ / タンパク質 / 熱・キャリア輸送制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、代表者らが基本コンセプトを実証した、「半導体粒子内包かご状タンパク質分子(Dps)を接合部に有する超低熱伝導率カーボンナノチューブ(CNT)複合熱電材料」および「p/nドーピングされたCNT複合材料紡績糸による布状熱電変換素子作製法」を発展・統合させ、低温・低容量な熱源から非接触状態でも十分な内外温度差を得て発電する断熱性フレキシブル熱電変換素子を実現することを最終的な目的とする。
H28年度は、各素過程の理解と制御に重点を置き、CNTへのC-Dps吸着に対するCNT 種依存性の評価、Dpsに付与する新規アプタマーの開発、Dps吸着CNT分離法の検討などを行った。様々なアプタマーを付与したDpsに対してCNTへの吸着能を調べたところ、CNT原料の由来によって吸着密度の順位が異なるという結果を得た。一方、Dps吸着CNTを精製する方法が、吸着密度にはるかに大きく影響する因子であることが判明した。従来、精製のために用いていた遠心分離過程においてCNT間に強い摩擦力が働き、Dpsが脱離するためであると考えられる。当初計画において紡糸プロセスで用いる予定であったマイクロ流路によるミキサーやスキマーについても、同様に分散溶液中で強い摩擦力が生じると予想されることから、これが使えないと判断した。そこで、研究計画における優先順位を変更してDpsの脱離が促進されない精製法の検討に労力を集中させた。その結果、適切なフィルターと圧力で過剰Dpsを除去する方法を開発し、多くのCNT原料に対して十分な吸着密度を得ることに成功した。
平行して糸状試料用熱電特性評価装置の設計・製作を行い、CNT紡績糸のゼーベック係数と導電率を大気中および真空中で迅速に評価できるようになった。さらに、熱伝導率についても3ω法を用いて測定するための基礎検討を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
余剰タンパク質除去法の検討過程において、当初は中空糸フィルターやスキマーによる分離を想定していたが、前述のようにそのような方法が適さないのではないかと予想される新知見を得た。そのため、研究計画を大幅に変更し、考えられる様々な精製プロセスの適性について検討を行った。当初予定していた実験のいくつかをとりやめ、マンパワーをこの課題に集中させたため、年度末の段階では予定より遅れることとなった。
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| Strategy for Future Research Activity |
H28年度末の段階で上記問題は克服されたため、H29年度頭からはC-Dps/CNT複合体の紡糸プロセス条件の確立作業に入る。これと平行して、当初H28年度中に開始する予定であったDpsの透過関数評価も再開し、H29年度中に遅れを取り戻す予定である。
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