研究課題
基盤研究(C)
本研究は電気二重層トランジスタ(EDLT)の手法を用いてp型とn型材料の熱電特性を同時に最適化し、新しいコンセプトの熱電変換素子を作製することを目的とする。具体的には、両極性の単層カーボンナノチューブ(SWCNT)を電気二重層キャパシタ(EDLC)の正極、負極に用いることによって、それぞれの電極にホールと電子を誘起し、p型とn型の熱電変換材料の対を作製する。そして、積層構造の熱電変換素子、および厚さ方向の温度差を面方向に変換するトランスバース型の熱電変換素子の試作を行い、エネルギー出力の向上を目指す。また、導電性高分子およびそのSWCNTとの複合材料にEDLTを用いて熱電特性の向上を目指す。
本研究は、電気二重層トランジスタ(EDLT)の手法を用いて、p型とn型の熱電変換材料の熱電特性を同時に最適化し、新しいコンセプトの熱電変換素子を作製することを目的とする。これまでの研究では、ambipolarトランジスタ構造を用いたPN接合の熱電素子の動作確認を行うため、カーボンナノチューブの両端にSourceとDrain端子を付け、それらにゲート電極に対してプラスとマイナスの電圧を印可し、両端にP型とN型のキャリアを注入することによってP-N接合を作製した。シートの中央(P-N接合部分)に熱を流し込むための電極とヒーターを取り付け、熱流を中央の端子から両端に向けて流した状態で、熱電対で中央の端子と両端の温度を測定し、そこの熱起電力を観測したところ、それぞれ正と負の熱起電力を示すことを確認した。このことから、P-N接合熱電素子が作製できたことがわかる。1対の素子が動作することは確かめられたので、22年度以降は、これらの素子のモジュール化を試みた。しかし、22年度は、手作業で素子を作製したため、各接合における接触抵抗および端子の非対称性から、すべての素子で良好なp-n接合を作製することは出来なかった。23年度は、東大のマテリアル先端リサーチインフラ(ARIM)を利用して、微細加工を行いより正確な接合の作製を行った。直列に2対のP-N接合をつなげた素子と、並列に2対のP-N接合をつなげた素子を作製し、その動作確認を行ったところ、おおむね2倍の熱起電力と2倍の電力を確認することが出来た。
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すべて 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 3件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 7件)
Materials Today Physics
巻: 40 ページ: 101321-101321
10.1016/j.mtphys.2023.101321
JPS Conf. Proc.
巻: 38
10.7566/jpscp.38.011023
10.7566/jpscp.38.011027
Nature Communications
巻: 14 号: 1 ページ: 3679-3679
10.1038/s41467-023-39217-7
Physical Review Letters
巻: 130 号: 17
10.1103/physrevlett.130.176701
Physical Review B
巻: 106 号: 17 ページ: 174436-174436
10.1103/physrevb.106.174436
Physical Review X
巻: 12 号: 1 ページ: 011016-011016
10.1103/physrevx.12.011016
巻: 105 号: 8 ページ: 085131-085131
10.1103/physrevb.105.085131
Journal of the American Chemical Society
巻: 143 号: 47 ページ: 19938-19944
10.1021/jacs.1c09954
Journal of Applied Physics
巻: 129 号: 4 ページ: 045101-045101
10.1063/5.0031247
