2023 Fiscal Year Annual Research Report
Interface engineering for high performance carbon nanotube thermoelectric materials
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21K04842
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
周 英 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (80738071)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山田 健郎 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究チーム長 (50392676)
張 民芳 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (60518330)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 熱電変換 / CNT薄膜 / 接合界面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
カーボンナノチューブ（CNT）は、優れた電気的、熱的、機械的特性を持つため、軽量で柔軟な最先端の熱電アプリケーションに非常に有望な材料である。しかし、高性能な熱電CNTを最大限に引き出すには、その電気的および熱的特性を精密に制御することが不可欠である。本研究では、CNTとCNTの接合界面を精密に制御することにより、実用化レベルの熱電性能の向上を目指した。
主な成果は以下の通りである。（1）アミノ基をCNTに付与することで、安定した高性能のN型熱電CNT薄膜を作製した。（２）アミノ基とカルボキシル基を持つCNTを混合することでn型およびp型のCNT薄膜のさらなる高性能化を実現した。（３）CNT同士の接合界面は熱電性能とCNT構造の相関を解明し、分子からメソスケールに至るまでの細孔構造の変化により、電気および熱伝導を影響する重要な役割を明らかにした。（４）高分解能のSEM-EDX法とロックイン赤外線発熱解析法を用い、熱電性能と接合界面構造の相関を解明し、温度差によるCNT熱電膜中の熱流分布も世界で初めて観察することができた。精密に制御されたCNT同士の接合界面は、熱および電気の伝達に大きな影響を与え、熱拡散を効果的に抑制し、CNTフィルム内での熱電力発生を促進することを解明した。その結果、p型とn型の熱電CNTをどちらもの作製に成功し、室温でそれぞれ507 μW/mKと171 μW/mKの優れたパワーファクターを達成した。本研究の成果は、次世代のウェアラブルエレクトロニクスにおける基礎的・産業的な応用を推進するだけでなく、CNTを使用するかどうかにかかわらず、高性能な熱電デバイスの製造に貢献することが期待される。本研究の主な成果は、ACS Applied Materials & Interface誌に掲載され、Supplementary Coverにも採用された。
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