| 研究課題/領域番号 |
19J21142
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分28020:ナノ構造物理関連
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| 研究機関 | 東京都立大学 |
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研究代表者 |
一ノ瀬 遥太 東京都立大学, 大学院理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
3,400千円 (直接経費: 3,400千円)
2021年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2020年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2019年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
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| キーワード | 単層カーボンナノチューブ / 熱電変換現象 / 低次元ナノ材料 / 電荷輸送現象 / 一次元電子構造 / 電気二重層キャパシタ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
単層カーボンナノチューブ（SWCNT）に代表される1次元物質は、最大の熱電性能を持つことが予想されている。しかし、従来のSWCNT試料では、SWCNT間に界面を持ち、その熱電物性は非常に複雑であり明らかにできていなかった。
本研究では、99％以上に高純度なSWCNT に対して大面積配向技術を用いることで、電子構造と界面の状態を制御し、界面の効果を含めたその詳細な熱電物性を解明する。ここに精密なフェルミレベル制御技術を組み合わせることで、広いキャリア密度範囲での電気伝導率と熱電物理量である熱電伝導率の関係を明らかにする。これにより、高性能で柔軟な熱電変換材料の開発が期待される。
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| 研究実績の概要 |
排熱を電気エネルギーへと変換可能な熱電変換材料の物性解明は、省エネルギー社会やIoT社会実現の観点で重要である。特に様々な形状の物体から発せられる大量の中低温排熱を利用するためには、柔軟で高効率な熱電材料が必要だ。単層カーボンナノチューブ(SWCNTs)は、薄膜やファイバーなどの柔軟性に優れた形状に加工可能でありながら、１次元ナノ構造によって高い熱電変換性能を示すと理論的に予想されている。しかし、SWCNTs薄膜などの柔軟な熱電材料は、柔軟性に寄与する分子間の接合界面を持つ。キャリアは界面を熱的にホッピングしながら伝導すると考えられているが、ホッピング伝導系における熱電物性は経験則的な理解にとどまっており、従来の熱電物性モデルでは説明できない現象が多く確認されていた。したがって、ホッピング伝導の寄与を考慮したSWCNTs薄膜の熱電物性を解明するために研究を行った。
本研究では、物性値の温度変化を測定するアプローチを取った。独自に開発したSWCNTs薄膜の熱電物性測定システムは、イオン液体を用いた電解質ゲーティング手法によってフェルミレベルを精密に制御した状況下で熱電物性の温度依存性を測定できる。用いた試料は本研究室で開発した分離技術によって得た高純度SWCNTsであり、独自の試料・測定手法を組み合わせた。測定の結果、半導体型SWCNTs薄膜において、キャリアのドープ量を小さくした場合には温度低下とともにゼーベック係数が急激に増大する異常な現象を観測した。従来の研究で用いられていた可変領域ホッピングモデルに修正を加え、新たなモデルを構築したところ、この異常な現象を説明可能であることを確認した。本研究における新現象とその物理的解釈の発見は、SWCNTs薄膜材料のみならず、柔軟な熱電材料全般における熱電物性の理解に応用可能な成果であると考えられる。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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