Innovative thermoelectric conversion devices based on van der Waals materials

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17H01069
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: General applied physics
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Takenobu Taishi 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (70343035)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 柳 和宏 首都大学東京, 理学研究科, 教授 (30415757) ; 岡田 晋 筑波大学, 数理物質系, 教授 (70302388)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: π電子材料 / 物性評価 / 素子作製

Outline of Final Research Achievements

This research project investigated the thermoelectric properties of flexible, large-area van der Waals materials, such as such as organic conducting polymers, carbon nanotubes and graphene, because these materials has attracted much attention as power generators of IoT (Internet of Things) devices. Particularly, using the electric double layer gating technique, both the continuous doping of hole or electron carriers and modulation of the Fermi energy are achieved, leading to wide-range control of the Seebeck coefficient and electrical conductivity. As the results, we clarified the thermoelectric properties of flexible, large-area van der Waals materials and realized the best power factor among large-scale flexible materials in large-area graphene films grown by chemical vapor deposition (CVD) methods, suggesting that CVD-grown large-area graphene films have potential for thermoelectric applications.

Free Research Field

デバイス物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

近年、超低消費電力LSI・センサーの開発により様々な機器をインターネットにつなぐ試み（Internet of Things, IoT）が急速に進展しており、これらの電力源確保が最重要課題である。特に、人体に近い素子には安全性・柔軟性・伸縮性が求められており、有機材料に代表されるファンデルワールス材料を用いた熱電変換素子が有力な選択肢である。しかしながら、これら材料においては高度なキャリアドーピング手法の欠如により特性解明を困難にしていた。本研究は、我々の独自技術である電解質を用いたキャリドーピング手法と熱電変換素子としての評価実験を融合させ、ファンデルワールス材料の特性解明に成功した。