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電流と熱流の結合による巨大ゼーベック効果の包括的理解

公募研究

研究領域π造形科学: 電子と構造のダイナミズム制御による新機能創出
研究課題/領域番号 17H05158
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関奈良先端科学技術大学院大学

研究代表者

小島 広孝  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (70713634)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
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)
2018年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2017年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
キーワード廃熱利用 / 熱電変換 / ゼーベック効果 / 電子・電気材料 / 単結晶 / ペレット / 振電結合
研究実績の概要

本研究では、近年急速に注目されている有機熱電変換材料に関して、前回の新学術領域研究等にて報告している巨大なゼーベック係数の発現機構の解明を指向し、物性計測・化学計算・物性理論等の多角的アプローチを行う。
平成30年度は、前年度までに実施してきた単結晶試料における熱電測定手法を用いて、同新学術領域内外における共同研究により提供された単結晶試料の測定を行い、複数の試料において数10 mV/K程度の巨大ゼーベック効果を見出した。また、測定中の試料に光照射を行った実験では、ゼーベック係数の減少が観測された。これにより、キャリア密度の増加によりゼーベック係数が変調を受ける可能性が強く示唆された。この結果は、以前に見出された熱励起によるゼーベック係数の変化とも符合する結果を与えた。さらに、共同研究により、物性理論において新概念を導入することで、これらの実験結果を理論的に説明できる結果がごく最近になって得られつつある。
また同年度は、ペレット状に成形した粉末試料における熱電特性の測定法の開発も行った。この測定法では、昇華性や溶解性の無い試料にも適用できるため、より広範な試料のスクリーニング等において有益であると考える。この測定法を用いて、長さの異なるアルキル基をもつチエノアセン誘導体の測定を行ったところ、構造相転移に伴う導電性と熱電特性の変調が観測され、アルキル基が長いほどこの効果が顕著に得られることがわかった。これらの結果から、特に側鎖に関する設計指針が得られた。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (25件)

すべて 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (21件) (うち国際学会 8件、 招待講演 6件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] Universality of Giant Seebeck Effect in Organic Small Molecules2018

    • 著者名/発表者名
      H. Kojima, R. Abe, F. Fujiwara, M. Nakagawa, K. Takahashi, D. Kuzuhara, H. Yamada, Y. Yakiyama, H. Sakurai, T. Yamamoto, H. Yakushiji, M. Ikeda, M. Nakamura
    • 雑誌名

      Materials Chemistry Frontiers

      巻: 2 号: 7 ページ: 1276-1283

    • DOI

      10.1039/c7qm00596b

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermoelectric and Thermal Transport Properties in Sumanene Crystals2018

    • 著者名/発表者名
      H. Kojima, M. Nakagawa, R. Abe, F. Fujiwara, Y. Yakiyama, H. Sakurai, M. Nakamura
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 47 号: 4 ページ: 524-527

    • DOI

      10.1246/cl.171210

    • NAID

      130006638907

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Thermoelectric Measurements for Pi-Figurated Compounds in Various Forms: Thin Film, Crystal, and Pelletized Powder2019

    • 著者名/発表者名
      H. Kojima, S. Inoue, T. Takeuchi, K. Kojima, R. Abe, S. Izawa, M. Kikuchi, M. Hiramoto, M. Nakamura
    • 学会等名
      7th International Symposium on Pi-System Figuration
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Specific Thermoelectric Conversion as an Intrinsic Property of Organic Semiconductors2019

    • 著者名/発表者名
      H. Kojima, R. Abe, S. Inoue, K. Kojima, M. Nakamura
    • 学会等名
      Pi-System Figuration European-Japanese Workshop 2018 (Pi-EJ 2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Exploring Large Seebeck Coefficient in Organic Single Crystals2019

    • 著者名/発表者名
      K. Kojima, H. Kojima, R. Abe, S. Inoue, S. Izawa, M. Kikuchi, M. Hiramoto, M. Nakamura
    • 学会等名
      Pi-System Figuration European-Japanese Workshop 2018 (Pi-EJ 2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Specific Thermoelctric Effect in Organic Compounds and Understanding the Vibronic Coupling2019

    • 著者名/発表者名
      H. Kojima
    • 学会等名
      Workshop on Thermal Transport
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] DNTT類縁体を用いたペレット状試料の作製と熱電性能の評価2018

    • 著者名/発表者名
      井上智史,竹内高伸,中川真理雄,阿部竜,小島広孝,中村雅一
    • 学会等名
      有機固体若手の会2018秋の学校
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 熱から電気をつくる~有機熱電変換2018

    • 著者名/発表者名
      小島広孝,阿部竜,井上智史,小嶋晃平,中村雅一
    • 学会等名
      第8回CSJフェスタ2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 有機固体における巨大ゼーベック効果 ~量子解放のもう一方の極限~2018

    • 著者名/発表者名
      中村雅一,小島広孝,稲垣剛
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 分子性固体における局所フォノンの振電相互作用と特異な熱電効果への影響2018

    • 著者名/発表者名
      小島広孝
    • 学会等名
      第2回フォノンエンジニアリング研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 有機低分子単結晶における巨大ゼーベック効果2018

    • 著者名/発表者名
      竹内高伸,井上智史,阿部竜,小島広孝,鄭敏喆,辨天宏明,田村悠人,山田容子,菊池満,伊澤誠一郎,平本昌宏,中村雅一
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 有機半導体単結晶における巨大ゼーベック効果の発現2018

    • 著者名/発表者名
      小島広孝
    • 学会等名
      有機固体若手の会冬の学校2018
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Efficient Synthesis and Thermoelectric Properties of Coordination Polymers with Benzenetetrathiol Derivative2018

    • 著者名/発表者名
      K. Ueda, M. Murata, N. Toyama, M. Oku, M. Muraoka, R. Abe, H. Kojima, M. Nakamura
    • 学会等名
      日本化学会第98春季年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Recent Progress on Understanding the Origin of Giant Seebeck Effect in Organic Small Molecules2018

    • 著者名/発表者名
      H. Kojima, R. Abe, T. Takeuchi, S. Inoue, S. Izawa, M. Kikuchi, M. Hiramoto, Y. Yakiyama, H. Sakurai, and M. Nakamura
    • 学会等名
      International Conference on Organic and Hybrid Thermoelectrics (ICOT2018)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Crystal Structure Analyses of Organic Semiconductor Thin Films with Variable-Temperature Two-Dimensional Grazing Incidence X-ray Diffraction2017

    • 著者名/発表者名
      R. Abe, H. Kojima, M. Kikuchi, T. Watanebe, T. Koganezawa, N. Yoshimoto, I. Hirosawa, M. Nakamura
    • 学会等名
      2017 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 有機単結晶試料における巨大ゼーベック効果2017

    • 著者名/発表者名
      小島広孝,竹内高伸,阿部竜,伊藤誠一郎,菊地満,平本昌宏,中村雅一
    • 学会等名
      「π造形科学」第4回公開シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 温度可変 2 次元すれすれ入射 X 線回折を利用した巨大ゼーベック効果を発現する有機熱電材料の薄膜構造解析2017

    • 著者名/発表者名
      阿部竜,鄭敏喆,小島広孝,菊池護,渡辺剛,小金澤智之,廣沢一郎,吉本則之,辨天宏明,中村雅一
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 有機材料における特異な熱電現象と計算化学的解析2017

    • 著者名/発表者名
      小島広孝,阿部竜,中村雅一
    • 学会等名
      第66回高分子討論会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 熱を電気に変換する有機半導体材料とその特異な性質2017

    • 著者名/発表者名
      小島広孝
    • 学会等名
      第3回SPERC研究交流発表会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 特異な熱電現象の解明を指向した分子動力学計算による熱物性の評価2017

    • 著者名/発表者名
      小島広孝,阿部竜,井上智史,中村雅一
    • 学会等名
      第31回分子シミュレーション討論会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 特異な熱電現象の解明を指向した電子と格子の化学計算2017

    • 著者名/発表者名
      小島広孝
    • 学会等名
      奈良先端科学技術大学院大学異文化融合ワークショップ「電子格子相互作用:基礎物理からデバイス応用まで」
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Specific thermoelectric effect in organic materials and the computational elucidation2017

    • 著者名/発表者名
      H. Kojima
    • 学会等名
      International Symposium for Advanced Materials Research (ISAMR) 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Giant Seebeck Effect in Organic Semiconductors: A DFT Study of the Vibronic Coupling2017

    • 著者名/発表者名
      H. Kojima, R. Abe, M. Nakagawa, T. Takeuchi, M. Ito, K. Takahashi, T. Yamamoto, H. Yakushiji, M. Ikeda, M. Kikuchi, D. Kuzuhara, H. Yamada, N. Yoshimoto, and M. Nakamura
    • 学会等名
      International Union of Materials Research Societies-The 15th International Conference on Advanced Materials (IUMRS-ICAM)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [図書] サーマルデバイス 新素材・新技術による熱の高度制御と高効率利用2019

    • 著者名/発表者名
      舟橋良次(監修)、小原春彦(監修)、岩室憲幸、梅沢仁、山崎聡、小原春彦、小島広孝、中村雅一ほか
    • 総ページ数
      403
    • 出版者
      NTS出版
    • ISBN
      9784860436025
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [図書] フレキシブル熱電変換材料の開発と応用2017

    • 著者名/発表者名
      中村雅一(監修)、戸嶋直樹、石田敬雄、小島広孝、真庭豊、河合壯、宮崎康次、末森浩司、小矢野幹夫、伊藤光洋、関本祐紀ほか
    • 総ページ数
      254
    • 出版者
      シーエムシー出版
    • ISBN
      9784781312552
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2019-12-27  

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