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金属ナノ材料及びその製造方法 コモンズ

国内特許コード P110002438
掲載日 2011年4月19日
出願番号 特願2010-059516
公開番号 特開2011-192914
登録番号 特許第5721127号
出願日 平成22年3月16日(2010.3.16)
公開日 平成23年9月29日(2011.9.29)
登録日 平成27年4月3日(2015.4.3)
発明者
  • 前之園 信也
  • デリック モット
出願人
  • 国立大学法人北陸先端科学技術大学院大学
発明の名称 金属ナノ材料及びその製造方法 コモンズ
発明の概要 【課題】温和な条件下で化学合成が可能であり、ナノ熱電材料として有用な金属ナノ材料及びその製造方法の提供。
【解決手段】Bi、Sb及びTeの塩のうち、少なくとも一種以上を溶解した溶液に還元剤と保護剤とを添加し、化学合成することで、ナノ粒子状、ナノディスク状、ナノワイヤー状に成長させる。還元剤としては水素化ホウ素アルカリ金属塩、第1級又は第2級アルコールを用い、保護剤としてはそれぞれ脂肪族の、酸、アミン及びチオールのうちから選択する。合成されたナノ材料は適宜、直接的に焼結又は、塗布後に焼成することで熱電特性を発現する。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


熱電変換素子は、熱エネルギーと電気エネルギーとを直接的に相互に変換できる固体素子であり、廃熱等の熱源から直接的に電気に変換する熱電発電素子としての利用や、温度制御等に用いる熱電冷却素子としての利用等、民生用機器から宇宙開発まで広範囲の利用が期待されている。



熱電変換素子の熱電変換性能を表す指標として性能指数ZTの値が用いられている。
ZT=ασT/κ (1)
(α:ゼーベック係数、σ:電気伝導率、κ:熱伝導率、T:温度)
この(1)式からZTの値を高くするには、電気伝導率を向上させ、熱伝導率を低く抑えるのがよいことが判る。
しかしながら、一般的に電気伝導率の向上と熱伝導率の低下は相反する要因であり、これを同時に達成するにはキャリア散乱を抑制し、フォノン散乱を増大させる熱電材料が要求される。
その方策の1つとして、ナノ構造制御された熱電材料が期待されている。
しかし、従来のナノ熱電材料は、分子線エピタキシー法等の複雑且つ高価な気相合成によって作成されており、実用化に適していない。
非特許文献1には、p型Bi0.5Sb1.5Teの金属ナノ粒子の化学合成について報告しているが、平均粒径44nmと大きく、また粒子分布も±10nmと広い。
従って、BiTeの励起子ボーア半径(P型40nm)を考慮すると前記Bi0.5Sb1.5Te金属ナノ粒子は粒径が大きいために強い量子閉じ込め効果が充分にあるとは言い難い。

産業上の利用分野


本発明は熱電変換素子の製造に用いるのに有効な金属ナノ材料及びその製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
Bi、Sb及びTeの塩を溶解した溶液に還元剤と保護剤とを添加し、化学合成することを特徴とする三元系の金属ナノ材料の製造方法であって、
前記、還元剤は、脂肪族の1,2-ジオールである、金属ナノ材料の製造方法。

【請求項2】
前記、保護剤は炭素数6~24の脂肪族の、酸、アミン及びチオールのうち、いずれか1種以上であることを特徴とする請求項1に記載の金属ナノ材料の製造方法。

【請求項3】
前記、保護剤は1-アルキルカルボン酸、1-アルキルアミン及び1-アルキルチオールのうち、いずれか1種以上であることを特徴とする請求項記載の金属ナノ材料の製造方法。

【請求項4】
前記、還元剤は1,2-ヘキサデカンジオールであり、保護剤はオレイン酸、オレイルアミン及び1-オクタンチオールのうち、いずれか1種以上であることを特徴とする請求項1記載の金属ナノ材料の製造方法。
産業区分
  • 半導体
  • 固体素子
国際特許分類(IPC)
画像

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JP2010059516thum.jpg
出願権利状態 登録
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