2010 Fiscal Year Annual Research Report
環境に優しい導電性高分子・ナノ粒子ハイブリッド熱電変換材料の創製
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21310077
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| Research Institution | Tokyo University of Science, Yamaguchi |
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Principal Investigator |
戸嶋 直樹 山口東京理科大学, 工学部, 教授 (50011010)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
北條 信 山口東京理科大学, 工学部, 教授 (50229150)
阿武 宏明 山口東京理科大学, 工学部, 准教授 (60279106)
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| Keywords | 熱電変換 / ハイブリッド / ナノ粒子 / 導電性高分子 / ポリアニリン / ポリアセン / 三テルル化ビスマス / 熱伝導度 |
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| Research Abstract |
1. 無機半導体ナノ粒子の合成:物理的方法では遊星ボールミルを用いてポリアニリン存在下で直接粉砕する方法により、20～30nmの微細ナノ粒子を含むBi_2Te_3ナノ粒子分散ポリアニリン膜を調製できた。BiCl_3とTeCl_3を出発原料として化学的方法で調製したBi_2Te_3ナノ粒子は、分離精製条件により、酸化に弱い平均粒径5nmのものと、比較的安定な平均粒径20nmのものを調製できた。
2. 導電性高分子の合成:ポリアセンはレゾール樹脂の熱処理と焼成で得られる。ナノ粒子とのハイブリッド化には、流動性のある樹脂にナノ粒子を分散させる必要がある。前処理条件を検討し、粒径20nmのナノ粒子をRw=20で分散させるには、100℃2時間の前処理により得られる粘度の高いレゾール樹脂を用いるとよいことが分かった。
3. 無機ナノ粒子と導電性高分子のハイブリッド化:物理的方法で合成したBi_2Te_3ナノ粒子とポリアニリンのハイブリッド化は、ナノ粒子調製段階からポリアニリンを加える方法で行った。化学的方法で合成したナノ粒子とポリアニリンのハイブリッド化には、第二ドーパントともなるm-クレゾールを用いて機械的に混練する方法と、ジオキサンなどの溶媒を用いて溶液状態で混合分散後、濃縮製膜する方法を比較したが、前者の方がよい結果を得た。
4. ハイブリッド化材料の熱電特性の評価:ハイブリッド化膜で、電気伝導度、ゼーベック係数などを測定した。物理的方法で調製したナノ粒子分散ポリアニリン膜では、Bi_2Te_3の大きなゼーベック係数を反映して、ゼーベック係数がポリアニリン膜に比べて増加する場合があるが、電気伝導度はむしろ減少することが判明した。一方化学的方法で調製したBi_2Te_3ナノ粒子を分散したポリアニリン膜では電気伝導度もゼーベック係数も共に少し増大し、結果として無次元熱電性能指数が1桁向上することを明らかにすることができた。なお、このとき熱伝導度はハイブリッド化で変化しないという重要な知見も確認できた。
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