１次元遷移金属ダイカルコゲナイドの構造制御と物性研究

一维过渡金属二硫属化物的结构调控及物性研究

基本信息

批准号：
16H07103
负责人：
蓬田陽平
金额：
$ 1.91万
依托单位：
Tokyo Metropolitan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-08-26 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

遷移金属カルコゲナイドナノチューブ（TMDC-NT）に代表される１次元遷移金属カルコゲナイドでは、１次元化によりバルクや２次元系には無いユニークな物性の発現が期待される。しかし、試料構造の不均一性の問題により、その物性は詳細には分かっていない。本研究では、TMDC-NTの構造制御技術を開発し、未だ成されていない均一な構造のTMDC-NT材料を創出する。さらに、構造制御が成された試料を用いて、１次元性を反映したユニークな物性を見出すことを目標としている。平成２８年度においては、TMDC-NTの一つであるWS2-NTに着目し、液相における構造制御に必要となる分散プロセスの研究、得られた試料の均一な薄膜の作製とその熱電物性の解明を試みた。まず、1-シクロヘキシル-2-ピロリドン等の一部の有機溶媒に安定して分散することを発見し、遠心分離を用いた構造制御が利用可能となった。本分散プロセスを経由することで、フィルター上に作製した薄膜のネットワーク構造が均一化し、良質な薄膜の作製と転写法を用いたデバイスの作製が行えるようになった。次に、得られた薄膜デバイスに温度差を形成し、熱起電力（ゼーベック係数）を測定した。予備実験において見出したキャリアドーピング手法を用いることで、ドーピングしたキャリア数に依存する巨大な熱電効果を見出すに至った。最大で400 μV/Kのゼーベック係数が得られ、１次元物質の代表であるカーボンナノチューブより高い値となり、TMDC-NTの熱電材料としての可能性を初めて明らかにした。本成果については、学会発表および学術誌（Applied Physics Express, 2016）において報告している。

一维过渡金属硫族化物，例如过渡金属硫族化物纳米管（TMDC-NT），预计将表现出块状或二维系统中所没有的独特物理性质。然而，由于样品结构的不均匀性，其物理性质尚不清楚。在这项研究中，我们将开发一种控制TMDC-NT结构的技术，并创造出具有均匀结构的TMDC-NT材料，这一点尚未实现。此外，我们的目标是使用结构受控的样品发现反映一维性的独特物理性质。 2016年度，我们以TMDC-NT之一的WS2-NT为中心，研究了液相中结构控制所需的分散过程，制作了所得样品的均匀薄膜，并尝试研究其热电特性。查出。首先，我们发现它可以稳定地分散在一些有机溶剂中，例如1-环己基-2-吡咯烷酮，使得可以通过离心控制其结构。通过这种分散过程，在滤光片上制造的薄膜的网络结构变得均匀，使得使用转移方法制造高质量的薄膜和器件成为可能。接下来，在所获得的薄膜器件中形成温度差，并测量热电动势（塞贝克系数）。通过使用初步实验中发现的载流子掺杂方法，他们发现了取决于掺杂载流子数量的巨大热电效应。获得了高达400 μV/K的塞贝克系数，高于具有代表性的一维材料碳纳米管，首次揭示了TMDC-NT作为热电材料的潜力。这一结果在一次学术会议和学术期刊上进行了报道（Applied Chemistry Express，2016）。