| 研究課題/領域番号 |
21K18995
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分35:高分子、有機材料およびその関連分野
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| 研究機関 | 東京農工大学 |
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研究代表者 |
下村 武史 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40292768)
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| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2022年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2021年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
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| キーワード | イオン熱電効果 / 包接解離 / シクロデキストリン / 分子チューブ / 包接解離転移 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
温度勾配下におけるイオンのもつエントロピーの輸送現象であるイオンゼーベック効果に、包接-解離転移現象を組み合わせ、大きな電位差を生み出すエネルギーハーベスターを実現する。半導体のバンドギャップに相当するものとして、シクロデキストリンによるイオンの包接-解離に関するポテンシャルを導入する。さらに、シクロデキストリンを分子チューブに変更すれば、包接-解離は平衡現象から転移現象へと移行し、高温側と低温側の温度が転移温度を挟むことで1000倍程度のイオンの濃度差を生み出し、巨大なゼーベック係数を得ることが可能となる。本研究のコンセプトの有効性を示すことで、大きな波及効果が見込まれる。
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| 研究成果の概要 |
本研究は温度勾配下におけるイオンのもつエントロピーの輸送現象であるイオン熱電効果に、包接-解離現象を組み合わせ、大きな電位差を示すエネルギーハーベスターを実現することを目的としている。 シクロデキストリンをエピクロロヒドリンで架橋したゲル、あるいはアクリレート系ポリマーをマトリックスとしてシクロデキストリンを導入したゲルを作製し、熱電効果の測定を実施した。後者のゲルではシクロデキストリンの導入率を制御することで、導電率の上昇や、ゼーベック係数が向上を実現することができた。本研究の目標とする包接解離現象のイオン熱電効果への相乗効果を確認することができた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
ゼーベック効果の考え方をイオン熱電効果にもち込むアナロジーの達成を学術的意義ととらえている。半導体のゼーベック効果が大きい理由は、バンドギャップの存在により高温側と低温側の間に熱励起キャリアの濃度差がつく点である。本研究ではこの点に着目し、バンドギャップに相当するものとして、イオンのキャッチ＆リリースポテンシャルの導入を実現した。アナロジーを導入により、高分子系ならではの転移現象を導入した系のデザインを実現することが本研究の挑戦的な意義である。熱電技術をキャパシター等エネルギーデバイスに適用することは社会的な意義であり、転移の仕組みを組み込んだ多彩なデザインは大きな波及効果を生む可能性がある。
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