| 研究課題/領域番号 |
21H01371
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21050:電気電子材料工学関連
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| 研究機関 | 岡山大学 |
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研究代表者 |
林 靖彦 岡山大学, 環境生命自然科学学域, 教授 (50314084)
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| 研究分担者 |
鈴木 弘朗 岡山大学, 環境生命自然科学学域, 助教 (20880553)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2023年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2022年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2021年度: 10,140千円 (直接経費: 7,800千円、間接経費: 2,340千円)
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| キーワード | カーボンナノチューブ / 熱電変換素子 / 炭素ナノ構造制御 / ドーピング技術 / 2層カーボンナノチューブ紡績糸 / ナノ空隙制御 / n型ドーピング技術 / DWCNT紡績糸熱電モジュール / カーボンナノチューブ糸 / 熱電発電 / n型ドーピング |
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| 研究開始時の研究の概要 |
数層カーボンナノチューブ（CNT）基板から作製する乾式CNT紡績糸を用いて，立体的なp/n直列素子構造を作製し，軽量でフレキシブルの糸状熱電変換モジュールを実現する．そして，室温付近のわずかな温度差での熱発電を実現し，CNT紡績糸のような糸の熱発電物性の学理を探求する．具体的には，①半導体特性を示す2層CNT（DWCNT）の選択合成技術の開拓，②電流を印加してCNT紡績糸を高温処理し，CNT紡績糸内にある多数のナノ空隙に残留する炭素ナノ構造を制御してキャリア伝導と熱伝導を精密制御し，さらに，③有機材料に頼らない安定なn型ドーピング技術を開拓する．
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| 研究成果の概要 |
2層カーボンナノチューブ（DWCNT）の収率を高める技術を開発し，長尺・高密度CNTアレイから直接引き出し撚る乾式紡績によるCNT紡績糸のナノ空隙に残留するアモルファス炭素の構造制御を確立し，CNT紡績糸の高温処理とドーピング技術を組み合わせる独自の手法で，室温付近で安定なn型を実現した．これにより，資源の制約の少ない低コストで低環境負荷材料により，軽量・フレキシブルで高効率CNT紡績糸熱電変換モジュールを試作し，ヒトの体温と外気温の温度差から熱電変換を実証した．従来のビスマス-テルル系をはじめとする無機系材料の代替の可能性を見出した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
ビスマス-テルル系をはじめとする無機系材料に代わり，資源の制約の少ない低コストで低環境負荷なフレキシブル・カーボンナノチューブ（CNT）紡績糸により，室温付近のわずかな温度差からの高効率電力変換する技術開発を行った．これまで困難であったCNTの層数制御，CNT紡績糸のナノ空隙に残留するアモルファス炭素の構造制御を確立し，CNT紡績糸熱電変換素子が実現でき学術的意義は大きい．CNT紡績糸熱電変換素子を用いることで，現在未利用で排熱されている膨大な量の200度未満の低温熱から効率的に電力に変換することができ，社会的意義は大きい．本研究の成果は，IoT機器・ウェアラブル機器への応用が期待される．
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