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
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20H02463
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
中谷 真人 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (30725156)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 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 |
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| 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。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 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。
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