| 研究課題/領域番号 |
21K04842
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分28030:ナノ材料科学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
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)
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| 研究分担者 |
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)
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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 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 熱電変換 / CNT薄膜 / 接合界面 / カーボンナノチューブ / 熱電性能 / 界面 / 熱電材料 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
カーボンナノチューブ（CNT）を用いた熱電変換素子は低コスト、柔軟性に富んだゼロエミッションのエネルギーハーベストとして注目されている。本研究では、CNT同士の接合界面に着目し、CNTの化学修飾・分散成膜・評価技術を駆使し、CNT同士の接合界面における電荷移動とフォノン熱伝導を高度に制御することにより、CNTの熱電性能を飛躍的に向上する技術を開発する。
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| 研究実績の概要 |
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。
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