| Project/Area Number |
21K05004
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 32020:Functional solid state chemistry-related
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
中野 義明 京都大学, 理学研究科, 助教 (60402757)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉野 治一 大阪公立大学, 国際基幹教育機構, 教授 (60295681)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 有機熱電材料 / 分子性導体 / 超分子化学 / フォノンエンジニアリング / 低次元性 / 強相関電子系 / 振電相互作用 |
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| Outline of Research at the Start |
PGEC、低次元性、強相関電子系、振電相互作用の観点から、熱電材料開発が行われているものの、これら全ての観点から有機熱電材料の開発は行われていない。本研究では、低熱伝導率、低次元、強相関電子系という特徴を持つ有機物に着目し、熱電材料を開発する。具体的には、超分子結合部位を有するπ共役分子を用いて細孔構造を構築する。この場合、π共役分子の積層により導電経路が形成され、細孔に対イオンや溶媒分子等のゲストが取り込まれる。ゲストの複合化・置換を行うことで、フォノン散乱による格子熱伝導率の低減、π共役分子の化学修飾による振電相互作用の制御を行うことができ、熱電特性の制御機構を内在した有機熱電材料を開発する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
有機熱電材料の開発を目的として、低熱伝導率、低次元性、強相関電子系という特徴を持つ有機物に着目し、主に以下の成果を得た。1,4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン（DABCO）をN-アルキル化したCnDABCOカチオン(Cn = CnH2n+1, n = 2-10)を対成分とするTCNQラジカルアニオン塩の開発を行った。部分電荷移動錯体として、n = 2-7の場合には、組成比1:2の(CnDABCO)(TCNQ)2が得られたが、n = 8-10の場合には、組成比1:2の塩は得られず、(C8DABCO)2(TCNQ)5、(C8DABCO)4(TCNQ)9、(C9DABCO)2(TCNQ)5、(C10DABCO)(TCNQ)3が得られた。得られた塩は全て半導体的導電挙動を示したが、n = 2-7の塩は、0.1-10 S cm－1オーダーの高い室温導電率を示す一方、n = 8-10の塩は、0.0001-0.001 S cm－1オーダーの室温導電率であった。また、n = 2-7の塩の磁化率の温度依存性について、低次元局在スピン系の挙動が観測されたことから、これらの塩は電子相関により電荷が局在化した低次元強相関電子系であると考えらえる。現在までに熱電材料の性能を示す無次元性能指数が0.1以上の物質は得られていないが、(C6DABCO)(TCNQ)2は、0.4 W m－1 K－1程度の低い室温熱伝導率を示した。(C6DABCO)(TCNQ)2では、典型的な分子性導体で見られるような、TCNQの1次元積層カラムやC6DABCOとTCNQのカチオン/アニオン相互作用に加えて、C6DABCOのヘキシル基同士の接近が観測されている。すなわち、ヘキシル基間に働く分散力という弱い超分子相互作用が結晶中に導入されたことにより、熱電材料に必要な熱伝導率の低減が達成されたと考えられる。
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