新規フレキシブル熱電材料の開発に向けた選択的ナノ粒子形成による熱電物性制御

通过选择性纳米颗粒形成控制热电性能,用于开发新型柔性热电材料

基本信息

  • 批准号:
    21K14479
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 3万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2021-04-01 至 2026-03-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

本研究では、フレキシブルな熱電材料として期待されるポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン):ポリ(4-スチレンスルホン酸塩)(PEDOT:PSS)に注目し、光還元法を用いて銅ナノ粒子/PEDOT:PSSを合成することで、PEDOT:PSSの熱電物性を制御することを目的としている。昨年度、PEDOT:PSS分散液を用いて光還元法により銅ナノ粒子を合成することができた。しかし、PEDOT:PSSに対して紫外光照射することによってPEDOTは還元され、電気伝導に寄与するポーラロン、バイポーラロンが減少してしまうことが分かった。今年度は、PEDOTの還元を防ぐために、銅ナノ粒子を合成してからPEDOT:PSSに導入することを考えた。しかし、銅ナノ粒子は大気不安定であるため、合成後に導入するのは難しい。そこで、比較的大気安定なセレン化銅を合成し、PEDOT:PSSに導入するという方向へ方針転換を行なった。セレンナノ粒子、超純水、エタノールを加えた混合溶液に酢酸銅を加え、紫外光を照射することで光還元法によるセレン化銅ナノ粒子の合成を行なった。X線回折法を用いて結晶構造を分析すると、室温近傍で高い熱電性能を示すα相が合成できていることが分かった。このセレン化銅ナノ粒子をPEDOT:PSSに導入した薄膜を、スピンコート法を用いて作製したが、熱電性能にほとんど変化が現れなかった。そこで、このナノ構造の形状に注目し、セレンナノワイヤを前駆体として、同様の光還元法によりセレン化銅ナノワイヤを合成した。すると、セレン化銅ナノワイヤをPEDOT:PSSに導入した薄膜では、熱電出力因子(ゼーベック係数の2乗×電気伝導率)が約10倍程度増大することが分かった。
在这项研究中,我们重点研究了有望成为柔性热电材料的聚(3,4-乙撑二氧噻吩):聚(4-苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS),并采用光还原方法开发了铜纳米颗粒。目的是通过合成颗粒/PEDOT:PSS来控制PEDOT:PSS的热电性能。去年,我们能够使用光还原方法使用 PEDOT:PSS 分散体合成铜纳米粒子。然而,发现当用紫外线照射PEDOT:PSS时,PEDOT被还原,有助于导电的极化子和双极化子减少。今年,为了防止PEDOT的还原,我们考虑合成铜纳米粒子,然后将其引入到PEDOT:PSS中。然而,铜纳米颗粒在合成后很难引入,因为它们在大气中不稳定。因此,我们改变策略,合成在大气中相对稳定的硒化铜,并将其引入PEDOT:PSS中。将乙酸铜添加到硒纳米粒子、超纯水和乙醇的混合溶液中,通过用紫外线照射混合物,通过光还原法合成硒化铜纳米粒子。使用 X 射线衍射分析晶体结构表明,合成了 α 相,该相在室温附近表现出高热电性能。使用旋涂法制备了将这些硒化铜纳米粒子引入PEDOT:PSS的薄膜,但热电性能几乎没有变化。因此,着眼于这种纳米结构的形状,我们以硒纳米线为前驱体,使用类似的光还原方法合成了硒化铜纳米线。他们发现,在将硒化铜纳米线引入PEDOT:PSS的薄膜中,热电功率因数(塞贝克系数的平方x电导率)增加了约10倍。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
銅ナノ粒子/pNIPAM複合体における局在表面プラズモン共鳴を利用した熱応答性の発現
使用铜纳米颗粒/pNIPAM 复合物中的局域表面等离子体共振表达热响应性
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    坂根 駿也;安治 敏輝;田中 秀樹
  • 通讯作者:
    田中 秀樹
Au添加がバルクSiGeの熱電特性に与える影響
Au的添加对块体SiGe热电性能的影响
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    坂根 駿也;石部 貴史;藤田 武志;大江 純一郎;小林 英一;中村 芳明
  • 通讯作者:
    中村 芳明
Thermoelectric performance enhancement of PEDOT:PSS by introducing Cu2Se nanowires
通过引入 Cu2Se 纳米线增强 PEDOT:PSS 的热电性能
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Shunya Sakane;Shunichiro Miwa;Hideki Tanaka
  • 通讯作者:
    Hideki Tanaka
熱流制御と共鳴準位効果を用いた熱電出力因子増大
利用热流控制和谐振水平效应提高热电功率因数
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    坂根 駿也;石部 貴史;藤田 武志;大江 純一郎;小林 英一;中村 芳明
  • 通讯作者:
    中村 芳明
Thermoelectric Power Factor Enhancement of PEDOT:PSS by Formation of Cu2Se Nanowire Network Structures
通过形成 Cu2Se 纳米线网络结构提高 PEDOT:PSS 的热电功率因数
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Shunya Sakane ; Shunichiro Miwa ; Tatsuki Miura ; Kazuki Munakata ; Takafumi Ishibe ; Yoshiaki Nakamura ; Hideki Tanaka
  • 通讯作者:
    Hideki Tanaka
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  • 通讯作者:
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    2022
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    Grant-in-Aid for JSPS Fellows

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    2023
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  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 3万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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