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2023 Fiscal Year Annual Research Report

Interface engineering for high performance carbon nanotube thermoelectric materials

Research Project

Project/Area Number 21K04842
Research InstitutionNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology

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)

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)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords熱電変換 / CNT薄膜 / 接合界面
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。

  • Research Products

    (1 results)

All 2023

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results)

  • [Journal Article] Interface Engineering for High-Performance Thermoelectric Carbon Nanotube Films2023

    • Author(s)
      Zhou Ying、Wei Qingshuo、Zhang Minfang、Nakajima Hideaki、Okazaki Toshiya、Yamada Takeo、Hata Kenji
    • Journal Title

      ACS Applied Materials &Interfaces

      Volume: 16 Pages: 4199~4211

    • DOI

      10.1021/acsami.3c15704

    • Peer Reviewed

URL: 

Published: 2024-12-25  

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