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2010 年度 実績報告書

環境に優しい導電性高分子・ナノ粒子ハイブリッド熱電変換材料の創製

研究課題

研究課題/領域番号 21310077
研究機関山口東京理科大学

研究代表者

戸嶋 直樹  山口東京理科大学, 工学部, 教授 (50011010)

研究分担者 北條 信  山口東京理科大学, 工学部, 教授 (50229150)
阿武 宏明  山口東京理科大学, 工学部, 准教授 (60279106)
キーワード熱電変換 / ハイブリッド / ナノ粒子 / 導電性高分子 / ポリアニリン / ポリアセン / 三テルル化ビスマス / 熱伝導度
研究概要

1. 無機半導体ナノ粒子の合成:物理的方法では遊星ボールミルを用いてポリアニリン存在下で直接粉砕する方法により、20~30nmの微細ナノ粒子を含むBi_2Te_3ナノ粒子分散ポリアニリン膜を調製できた。BiCl_3とTeCl_3を出発原料として化学的方法で調製したBi_2Te_3ナノ粒子は、分離精製条件により、酸化に弱い平均粒径5nmのものと、比較的安定な平均粒径20nmのものを調製できた。
2. 導電性高分子の合成:ポリアセンはレゾール樹脂の熱処理と焼成で得られる。ナノ粒子とのハイブリッド化には、流動性のある樹脂にナノ粒子を分散させる必要がある。前処理条件を検討し、粒径20nmのナノ粒子をRw=20で分散させるには、100℃2時間の前処理により得られる粘度の高いレゾール樹脂を用いるとよいことが分かった。
3. 無機ナノ粒子と導電性高分子のハイブリッド化:物理的方法で合成したBi_2Te_3ナノ粒子とポリアニリンのハイブリッド化は、ナノ粒子調製段階からポリアニリンを加える方法で行った。化学的方法で合成したナノ粒子とポリアニリンのハイブリッド化には、第二ドーパントともなるm-クレゾールを用いて機械的に混練する方法と、ジオキサンなどの溶媒を用いて溶液状態で混合分散後、濃縮製膜する方法を比較したが、前者の方がよい結果を得た。
4. ハイブリッド化材料の熱電特性の評価:ハイブリッド化膜で、電気伝導度、ゼーベック係数などを測定した。物理的方法で調製したナノ粒子分散ポリアニリン膜では、Bi_2Te_3の大きなゼーベック係数を反映して、ゼーベック係数がポリアニリン膜に比べて増加する場合があるが、電気伝導度はむしろ減少することが判明した。一方化学的方法で調製したBi_2Te_3ナノ粒子を分散したポリアニリン膜では電気伝導度もゼーベック係数も共に少し増大し、結果として無次元熱電性能指数が1桁向上することを明らかにすることができた。なお、このとき熱伝導度はハイブリッド化で変化しないという重要な知見も確認できた。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2011 2010

すべて 雑誌論文 (4件) 学会発表 (12件)

  • [雑誌論文] ハイブリッド・ナノ粒子の液晶ディスプレイおよび熱電変換材料への展開2011

    • 著者名/発表者名
      戸嶋直樹
    • 雑誌名

      月刊ディスプレイ(特集2ナノテク&MEMS)

      巻: 17(3) ページ: 63-70

  • [雑誌論文] 有機熱電変換材料としての導電性高分子の可能性2010

    • 著者名/発表者名
      戸嶋直樹
    • 雑誌名

      Material Stage

      巻: 10(1) ページ: 42-45

    • URL

      http://www.gijutu.co.jp/doc/magazine_material%20stage.htm

  • [雑誌論文] ナノテクノロジーを推進する金属粒子-事始めから最近の展開まで-2010

    • 著者名/発表者名
      戸嶋直樹
    • 雑誌名

      現代化学

      巻: 472 ページ: 56-62

    • URL

      http://www.tkd-pbl.com/news/nc243.html

  • [雑誌論文] 有機-無機ハイブリッド熱電変換材料(特集;有機-無機ハイブリッド材料)2010

    • 著者名/発表者名
      戸嶋直樹
    • 雑誌名

      未来材料

      巻: 10(4) ページ: 38-46

  • [学会発表] Thermoelectric Properties of PEDOT-PSS Thin Films2011

    • 著者名/発表者名
      N.Jiravanichanun, N.Toshima
    • 学会等名
      日本化学会第91春季年会
    • 発表場所
      神奈川大学
    • 年月日
      2011-03-27
  • [学会発表] 無機ハイブリッドポリアセン系半導体の合成と物性評価2011

    • 著者名/発表者名
      寺前博紀、赤木史生、北條信
    • 学会等名
      第11回液晶研究所シンポジウム・第8回先進材料研究所シンポジウム・合同シンポジウム
    • 発表場所
      山口東京理科大学
    • 年月日
      2011-03-09
  • [学会発表] Thermoelectric Properties of Conducting Polyaniline/BaTiO_3 Nanoparticle Composite Films2011

    • 著者名/発表者名
      阿武宏明、山口かおる、中林貴大、黒川春己、赤木史生、北條信、戸嶋直樹
    • 学会等名
      第11回液晶研究所シンポジウム・第8回先進材料研究所シンポジウム・合同シンポジウム
    • 発表場所
      山口東京理科大学
    • 年月日
      2011-03-09
  • [学会発表] 熱電半導体Bi_2Te_3ナノ粒子と導電性高分子ポリアニリンとのハイブリッド材料の調製2011

    • 著者名/発表者名
      田村友隆, 西山貴裕, 山口かおる, 阿武宏明
    • 学会等名
      第11回山口東京理科大学液晶研究所シンポジウム・第8回先進材料研究所シンポジウム・合同シンポジウム
    • 発表場所
      山口東京理科人学
    • 年月日
      2011-03-09
  • [学会発表] ボリアニリンとテルル化ビスマス(III)ナノ粒子のハイブリッド化による新規有機熱電変換材料の創製2010

    • 著者名/発表者名
      戸嶋直樹、今井将太、市川章子
    • 学会等名
      第59回高分子論会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      20100915-20100917
  • [学会発表] Thermoelectric Performance of Electric Conductivity of PEDOT-PSS/Gold Nanoparticle Hybrid Films2010

    • 著者名/発表者名
      N.Jiravanichanun, N.Toshima
    • 学会等名
      第59回高分子討論会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      20100915-20100917
  • [学会発表] 導電性高分子ポリアニリンと無機ナノ粒子とのハイブリッド膜の検討2010

    • 著者名/発表者名
      阿武宏明,山口かおる、中林貴大、黒川晴己、赤木史生、北條信、赤井光治、戸嶋直樹
    • 学会等名
      第7回日本熱電学会講演会
    • 発表場所
      東京大学弥生講堂
    • 年月日
      20100819-20100820
  • [学会発表] Thermoelectric Performance of Conducting Polymers and Their Hybrid Materials with Metal Nanoparticles2010

    • 著者名/発表者名
      N.Jiravanichanun, H.Marutani, N.Toshima
    • 学会等名
      The 2010 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
    • 発表場所
      Honolulu, Hawaii, USA
    • 年月日
      2010-12-19
  • [学会発表] Thermoelectric Properties of Conducting Polyaniline BaTiO3 Nanoparticle Composite Films2010

    • 著者名/発表者名
      H.Anno, K.Yamaguchi, T.Nakabayashi, H.Kurokawa, F.Akagi, M.Hojo, N.Toshima
    • 学会等名
      3^<rd> International Congress on Ceramics (ICC3)
    • 発表場所
      大阪
    • 年月日
      2010-11-18
  • [学会発表] 金属ナノ粒子技術の新展開2010

    • 著者名/発表者名
      戸嶋直樹
    • 学会等名
      第7回先進材料研究所シンポジウム(設立5周年記念)
    • 発表場所
      山口東京理科大学
    • 年月日
      2010-07-03
  • [学会発表] ナノ構造・組織制御による新規熱電材料の開発2010

    • 著者名/発表者名
      阿武宏明
    • 学会等名
      第7回山口東京理科大学先進材料研究所シンポジウム設立5周年記念
    • 発表場所
      山口東京理科大学
    • 年月日
      2010-07-03
  • [学会発表] Organic-Inorganic Nanohybrids as Novel Thermoelectric Materials : Hybrids of Polyaniline and Bismuth(III) Telluride Nanoparticles2010

    • 著者名/発表者名
      N.Toshima, M.Imai, S.Ichikawa
    • 学会等名
      29^<th> International Conference on Thermoelectrics
    • 発表場所
      Shanghai, China
    • 年月日
      2010-06-02

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公開日: 2012-07-19   更新日: 2014-05-28  

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