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2015 年度 実施状況報告書

一次元ナノ材料と高分子錯体複合膜を用いるハイブリッド熱電変換素子の創製

研究課題

研究課題/領域番号 15K04613
研究機関山口東京理科大学

研究代表者

白石 幸英  山口東京理科大学, 工学部, 教授 (60289303)

研究分担者 浅野 比  山口東京理科大学, 工学部, 助教 (60389153)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワードカーボンナノチューブ / ナノ粒子 / パラジウム / 有機熱電変換材料 / ラマン分析
研究実績の概要

近年、熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換できる熱電変換技術が注目されている。従来の有機熱電変換材料は、無機材料と比べ性能が劣っていたが、カーボンナノチューブ(CNT)と複合させることで性能が大幅に向上することが報告されている。CNTは、高い導電性を持ち、比較的高いゼーベック係数と柔軟性を有する事から熱電材料への応用が期待されている。しかし、CNTの分散は容易でなく、高分子材料との複合化で分散性は向上するが、CNTの導電性は大きく低下する。本研究では、Pdナノ粒子をCNTに担持した(Pd-CNT)新奇有機/無機ハイブリッドを創製し、この熱電特性について検討した。
酢酸パラジウムとCNTをNMP/DMFの混合溶媒に分散し、100℃で45 分間加熱した。その後、吸引ろ過で溶媒を除去し、メタノールで洗浄後70℃・6時間乾燥し、Pd-CNT粉末を得た。このPd-CNT粉末とポリ塩化ビニル(PVC) をNMP中に分散させ、ポリイミド基板上にキャストして複合膜を得た。Pd-CNTを添加した複合膜の熱電特性を測定したところ、ゼーベック係数はほぼ一定であったのに対し、一方導電率はPdナノ粒子を11 wt% 含むもので最大となった。これにより算出したパワーファクター(PF )は、38μW/mK2で、ナノ粒子未添加のそれより1.7倍向上し、更にPdナノ粒子を調製後にCNTと混合した系よりも高いPF を示した。このPd-CNTによる熱電特性の向上を考察するため、ラマン分析を行った。CNTの欠陥は1600 cm-1付近に現れるGバンドと1350 cm-1のDバンドとの比(G/D比)で評価される。CNT単体のG/D比が1.48に対し、Pd-CNTのそれは2.40とPdの担持によりG/D比が向上した。これは、Pdの担持が、CNTの欠陥を補修しているものと考えられる。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

導電率がPdナノ粒子を11 wt% 含むもので最大となり、算出したパワーファクターも、ナノ粒子未添加のそれより1.7倍向上した。この値は、Pdナノ粒子を調製後にCNTと混合した系よりも高い値である。ナノ粒子によるCNT表面の改質は、ナノ粒子の新しい応用として展開が期待される。

今後の研究の推進方策

本系で用いたPVCは耐熱温度が低く、長期間高温での使用が期待できない。そこで、耐熱性の高い高分子を用いハイブリッド熱電変換材料の創製を目指す。

次年度使用額が生じた理由

平成27年度5月に、新エネルギー・産業技術総合開発機構の「低炭素社会を実現するナノ炭素材料実用化プロジェク」:スーパーグロース法単層CNTを用いた有機熱電変換素子の開発(中核機関 日本ゼオン)に、研究分担者として平成27-28年度参画させて頂くこととなり、試薬や実験器具など共通できるところがあり、予算の繰り越しを行った。

次年度使用額の使用計画

上記プロジェクトは、平成27-28年度の2年間で本年も昨年度と同様の実施となる見込みである。来年度に少し予算配分を傾斜させ、本科研費プロジェクトの集大成を図る予定である。

  • 研究成果

    (27件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 13件) 備考 (1件) 産業財産権 (3件)

  • [雑誌論文] Novel Hybrid Organic Thermoelectric Materials – Three-Component Hybrid Films Consisting of a Nanoparticle Polymer Complex, Carbon Nanotubes and Vinyl Polymer2015

    • 著者名/発表者名
      N. Toshima, K. Oshima, H. Anno, T. Nishinaka, S. Ichikawa, A. Iwata, and Y. Shiraishi
    • 雑誌名

      Advanced Materials

      巻: 27 ページ: 2246-2251

    • DOI

      10.1002/adama.201405463

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of paper-based microfluidic analytical device for iron assay using photomask printed with 3D printer for fabrication of hydrophilic and hydrophobic zones on paper by photolithography2015

    • 著者名/発表者名
      H. Asano and Y. Shiraishi
    • 雑誌名

      Anal. Chim. Acta

      巻: 883 ページ: 55-60

    • DOI

      10.1016/j.aca.2015.04.014

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of Particle Size on Electro-Optic Properties of Liquid Crystal Devices Doped with γ-Cyclodextrin Stabilized Barium Titanate Nanoparticles2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Shiraishi, H. Sawai, R. Tsujihata, S. Kobayashi, and N. Toshima
    • 雑誌名

      Mol. Cryst. Liq. Cryst

      巻: 611 ページ: 101-108

    • DOI

      10.1080/15421406.2015.1028000

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Novel Nano-dispersed Polymer Complex, Poly(nickel 1,1,2,2-ethenetetrathiolate): Preparation and Hybridization for n-Type of Organic Thermoelectric Materials2015

    • 著者名/発表者名
      K. Oshima, Y. Shiraishi, and N. Toshima
    • 雑誌名

      Chem. Lett.

      巻: 44 ページ: 1185-1187

    • DOI

      10.1246/cl.150328

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthesis and Function of Cucurbituril-Stabilized Silver Nanowires2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Shiraishi, T. Eguchi, H. Sawai, H. Asano, S. Kobayashi, and N. Toshima
    • 雑誌名

      Proceedings of The 1st International Conference on Advanced Imaging

      巻: 1 ページ: 206-209

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] カーボンナノチューブとPoly(nickel ethanetetrathiolate)とを含有する有機熱電フィルムの熱電特性における溶媒処理効果2016

    • 著者名/発表者名
      貞方志文, 大島啓佑,浅野比, 白石幸英,戸嶋直樹
    • 学会等名
      日本化学会第96春季年会
    • 発表場所
      京田辺市 京都府
    • 年月日
      2016-03-24
  • [学会発表] ヒドラジン誘導体でドーピングしたn型カーボンナノチューブ・高分子ハイブリッド熱電変換材料の開発2016

    • 著者名/発表者名
      大島啓佑,浅野比, 白石幸英,戸嶋直樹
    • 学会等名
      日本化学会第96春季年会
    • 発表場所
      京田辺市 京都府
    • 年月日
      2016-03-24
  • [学会発表] 有機ハイブリッド熱電材料におけるパラジウムナノ粒子によるカーボンナノチューブの分散化2016

    • 著者名/発表者名
      井上順太, 大島啓佑,浅野比, 白石幸英,戸嶋直樹
    • 学会等名
      日本化学会第96春季年会
    • 発表場所
      京田辺市 京都府
    • 年月日
      2016-03-24
  • [学会発表] Organic Hybrid Thermoelectric Materials Containing PEDOT-PSS and GeO2 Nanoparticles2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Ohkawachi, K. Terada, H. Sawai, H. Asano, H. Anno, Y. Shiraishi, and N. Toshima
    • 学会等名
      International Conference on Organic and Hybrid Thermoelectrics
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 年月日
      2016-01-19
    • 国際学会
  • [学会発表] Output Power Characteristics of Thermoelectric Device Based on Three-Component Hybrid Films Consisting of a Nanoparticle Polymer Complex, Carbon Nanotubes, and Vinyl Polymer2016

    • 著者名/発表者名
      H. Anno, K. Oshima, K. Okamoto, Y. Shiraishi, and N. Toshima
    • 学会等名
      International Conference on Organic and Hybrid Thermoelectrics
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 年月日
      2016-01-19
    • 国際学会
  • [学会発表] Improvement of Stability of n-Type CNTs by Hybridization with Polymer for Organic Hybrid Thermoelectrics2016

    • 著者名/発表者名
      K. Oshima, H. Asano, Y. Shiraishi, and N. Toshima
    • 学会等名
      International Conference on Organic and Hybrid Thermoelectrics
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 年月日
      2016-01-19
    • 国際学会
  • [学会発表] Synthesis of Nano-dispersed Polymer Complex n-PETT as Promoter for Career Transport and Its Application to Organic Hybrid Thermoelectric Materials n-PETT/CNT/PVC2016

    • 著者名/発表者名
      K. Oshima, S. Sadakata, H. Asano, Y. Shiraishi, and N. Toshima
    • 学会等名
      International Conference on Organic and Hybrid Thermoelectrics
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 年月日
      2016-01-19
    • 国際学会
  • [学会発表] Organic Hybrid Thermoelectric Films Containing Nano-dispersed Polymer Complex (n-PETT), CNT and Polymer: Improvement of the Properties by Solvent Treatment2016

    • 著者名/発表者名
      S. Sadakata, K. Oshima, H. Asano, Y. Shiraishi, and N. Toshima
    • 学会等名
      International Conference on Organic and Hybrid Thermoelectrics
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 年月日
      2016-01-19
    • 国際学会
  • [学会発表] Organic Hybrid Thermoelectric Materials Composed of CNT/Pd Nanoparticles/Poly(vinyl chloride)2016

    • 著者名/発表者名
      J. Inoue, K. Oshima, H. Asano, Y. Shiraishi, and N. Toshima
    • 学会等名
      International Conference on Organic and Hybrid Thermoelectrics
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 年月日
      2016-01-19
    • 国際学会
  • [学会発表] Microfluidic paper-based analytical devices for analysis of nitrite uric acid and pH with a 3D printer for fabrication devices2015

    • 著者名/発表者名
      H. Asano, and Y. Shiraishi
    • 学会等名
      The 2015 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
    • 発表場所
      Hawaii, USA
    • 年月日
      2015-12-18
    • 国際学会
  • [学会発表] Organic Thermoelectric Hybrid of Inorganic One-Dimensional Nanomaterials and Conducting Polymer or Polymer Complex2015

    • 著者名/発表者名
      K. Oshima, H. Asano, Y. Shiraishi, and N. Toshima
    • 学会等名
      The 2015 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
    • 発表場所
      Hawaii, USA
    • 年月日
      2015-12-18
    • 国際学会
  • [学会発表] Preparation and Electro-Optic Properties of Liquid Crystal Devices Doped with Fullerene/ Cyclodextrin-Stabilized Rhodium Nanocolloids2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Shiraishi, Y. Harada, H. Sawai, H. Asano, and N. Toshima
    • 学会等名
      The Western Pacific Colloids Meeting 2015 (WPC 2015)
    • 発表場所
      Siem Reap, Cambodia
    • 年月日
      2015-11-15 – 2015-11-19
    • 国際学会
  • [学会発表] 高分子錯体とカーボンナノチューブ、汎用性高分子から成る三元ハイブリッド熱電変換用厚膜材料2015

    • 著者名/発表者名
      大島啓佑,貞方志文,浅野 比,白石幸英,戸嶋直樹
    • 学会等名
      日本化学会秋季事業 第4回CSJ化学フェスタ
    • 発表場所
      江戸川区 東京都
    • 年月日
      2015-10-13
  • [学会発表] Electro-Optic Function of Liquid-Crystalline Device Fabricated by Doping with Poly(cyclodextrin)-Protected ZrO2/Au Nanoparticles2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Shiraishi, C. Watanabe, H. Sawai, H. Asano, and N. Toshima
    • 学会等名
      16th IUPAC International Symposium on MacroMolecular Complexes
    • 発表場所
      Wroclaw, Poland
    • 年月日
      2015-08-11
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of Ethenetetrathiolate Hybrid Thermoelectric Materials Consisting of Cellulose Acetate and Semiconductor Nanomaterials2015

    • 著者名/発表者名
      H. Asano, N. Sakura, K. Oshima, Y. Shiraishi, and N. Toshima
    • 学会等名
      The 5th International Symposium on Organic and Inorganic Electronic Materials and Related Nanotechnologies
    • 発表場所
      Niigata, Japan
    • 年月日
      2015-06-18
    • 国際学会
  • [学会発表] Synthesis and Function of Cucurbituril-Stabilized Silver Nanowires2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Shiraishi, T. Eguchi, H. Asano, S. Kobayashi, and N. Toshima
    • 学会等名
      1st International Conference on Advanced Imaging (ICAI 2015)
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      2015-06-18
    • 国際学会
  • [学会発表] Dispersion of Carbon Nanotubes by Poly(Ni-ethenetetrathiolate) for Organic Thermoelectric Hybrid Materials2015

    • 著者名/発表者名
      K. Oshima, H. Asano, Y. Shiraishi, and N. Toshima
    • 学会等名
      The 5th International Symposium on Organic and Inorganic Electronic Materials and Related Nanotechnologies
    • 発表場所
      Niigata, Japan
    • 年月日
      2015-06-17
    • 国際学会
  • [学会発表] 種々のCNTを用いた有機ハイブリッド熱電材料2015

    • 著者名/発表者名
      大島啓佑, 白石幸英, 戸嶋直樹
    • 学会等名
      第64 回高分子学会年次大会
    • 発表場所
      札幌市 北海道
    • 年月日
      2015-05-28
  • [備考] Yukihide Shiraishi Lab.

    • URL

      http://www.rs.tus.ac.jp/shiraishi/

  • [産業財産権] 熱電変換素子用組成物、金属ナノ粒子が担持されたカーボンナノチューブの製造方法、熱電変換素子用成形体およびその製造方法、並びに熱電変換素子2016

    • 発明者名
      戸嶋直樹, 白石幸英, 浅野比, 大島啓佑, 井上順太
    • 権利者名
      日本ゼオン(株), 学校法人東京理科大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2016-006454
    • 出願年月日
      2016-01-17
  • [産業財産権] 熱電変換素子用フィルムの製造方法2016

    • 発明者名
      戸嶋直樹, 白石幸英, 浅野比, 大島啓佑, 貞方志文
    • 権利者名
      日本ゼオン(株), 学校法人東京理科大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2016-006456
    • 出願年月日
      2016-01-17
  • [産業財産権] 熱電変換素子用組成物、熱電変換素子用成形体、熱電変換素子、熱電変換モジュール、熱電変換素子用組成物の製造方法、および熱電変換素子用成形体の製造方法2016

    • 発明者名
      戸嶋直樹, 白石幸英, 大島啓佑
    • 権利者名
      日本ゼオン(株), 学校法人東京理科大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2016-046062
    • 出願年月日
      2016-03-09

URL: 

公開日: 2017-01-06  

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