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2022 Fiscal Year Annual Research Report

炭素-金属酸化物ナノクラスター集積固体の創製と高性能熱電材料への応用

Research Project

Project/Area Number 20H02463
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

中谷 真人  名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (30725156)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords環境発電 / エネルギーリサイクル / ゼーベック効果 / フラーレン / 金属酸化物 / ナノクラスター材料 / フレキシブルエレクトロニクス / マイクロスケール計測
Outline of Annual Research Achievements

C60薄膜は、室温付近において既往材料の数100倍のゼーベック係数Sを示すなど次世代熱電材料の候補として大変有望であるものの、導電率σが極めて小さいことやN型/P型特性の制御が困難であることが実用的なπ型熱電素子へ応用する上での欠点であった。本研究では、σとSが共に優れた値を示す新材料群として、C60と金属酸化物ナノクラスターから新奇複合薄膜を創製することを目指している。
2022年度は、金属酸化物として酸化モリブデン(IV)(MoO2)および酸化モリブデン(VI)(MoO3)をそれぞれC60と複合化させ、σ、S、及び電子構造を評価した。MoO3・C60複合膜のX線光電子分光の結果からは、MoO3組成の増加によってC60への正孔ドープ量が増加することが示されると共に、MoO3が多量体(ナノクラスター)としてC60と相互作用していることが明らかになった。これは走査トンネル顕微鏡/トンネル分光測定の結果とも良く対応しており、MoO3・C60複合膜がナノクラスター集積固体であることが裏付けられた。昨年度の結果と合わせて考えると、MoO3ナノクラスターとC60間の相互作用によって、C60の電子構造がほぼ保持されつつ正孔ドープされることが大きな出力因子を示す(C60薄膜の大きなS値を保持しながら導電性が向上する)要因の一つであると考えられる。
さらに、P型特性を示すMoO3・C60複合膜を加熱処理するとN型特性が発現することを見出した。加熱処理で得られたN型-MoO3・C60複合膜はC60薄膜に比べ150倍大きな出力因子を示すので、π型熱電素子の構成材料として大変有望である。N型-MoO3・C60複合膜ではMoの価数が6価から減少していることも明らかになっており、これは金属酸化物の化学状態によって複合膜のP型/N型特性を制御できることを示している。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (7 results)

All 2023 2022

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (4 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Micro-/macroscopic and density functional studies of the interactions between molybdenum trioxide and C60 molecule2023

    • Author(s)
      Nakaya Masato、Kawai Takuya、Watanabe Shinta、Onoe Jun
    • Journal Title

      The Journal of Chemical Physics

      Volume: 158 Pages: 054701~054701

    • DOI

      10.1063/5.0134207

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Kinetic study of photopolymerization and depolymerization in C60 films using in situ Fourier-transform infrared spectroscopy for development of C60-based thermoelectric materials2022

    • Author(s)
      Izumi Tatsuma、Nakaya Masato、Onoe Jun
    • Journal Title

      Chemical Physics Letters

      Volume: 801 Pages: 139744~139744

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2022.139744

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Unraveling the reasons behind lead phthalocyanine acting as a good absorber for near-infrared sensitive devices2022

    • Author(s)
      Kato Masahiro、Yoshizawa Hayato、Nakaya Masato、Kitagawa Yasutaka、Okamoto Koichi、Yamada Tomoaki、Yoshino Masahito、Tanaka Kentaro、Onoe Jun
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 12 Pages: 8810~8810

    • DOI

      10.1038/s41598-022-12990-z

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 電子線誘起C60重合薄膜の構造および電子構造の分子スケール評価2022

    • Author(s)
      和泉竜馬、中谷真人、尾上 順
    • Organizer
      第22回日本表面真空学会中部支部学術講演会
  • [Presentation] 走査トンネル顕微法/分光法による電子線誘起C60重合体の分子スケール評価2022

    • Author(s)
      和泉竜馬、中谷真人、尾上 順
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] フラーレンを用いた柔軟な高性能熱電材料の開発2022

    • Author(s)
      中谷真人
    • Organizer
      第1回 軽量・柔軟エレクトロニクス材料研究会
    • Invited
  • [Presentation] C60薄膜の光重合および熱解重合過程における速度論的解析2022

    • Author(s)
      和泉竜馬,中谷真人,尾上 順
    • Organizer
      ナノ学会第20回大会

URL: 

Published: 2023-12-25  

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