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ワイヤ状構造体、ワイヤ状構造体の製造方法、熱電変換素子、及びペルチェ素子

国内特許コード P150012394
整理番号 2114
掲載日 2015年10月16日
出願番号 特願2008-158297
公開番号 特開2009-302479
登録番号 特許第5059695号
出願日 平成20年6月17日(2008.6.17)
公開日 平成21年12月24日(2009.12.24)
登録日 平成24年8月10日(2012.8.10)
発明者
  • 稲垣 孝治
  • 中條 善樹
出願人
  • 株式会社デンソー
  • 国立大学法人京都大学
発明の名称 ワイヤ状構造体、ワイヤ状構造体の製造方法、熱電変換素子、及びペルチェ素子
発明の概要 【課題】欠陥が少なく、熱電変換材料として好適に使用できるワイヤ状構造体、その製造方法、熱電変換素子、及びペルチェ素子を提供すること。
【解決手段】本発明のワイヤ状構造体は、(a)金属原子又は半金属原子と、(b)電気双極子モーメントを有する陰イオンと、(c)化学式1で表される有機化合物とを含む。このワイヤ状構造体は、前記(a)及び前記(b)から成る塩と、前記(c)とを混合することにより製造することができる。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


ビスマス-テルル系材料に代表される従来の熱電変換材料は、バルク材料がほとんどであり、そのエネルギー変換効率は高々1%程度に過ぎない。期待されるアウトプットがそれほど大きくなく、且つ、騒音やメンテナンス頻度の少なさを重視するような製品(例えば、動力を用いない冷蔵機器や冷房機器の冷熱源)の場合には、このような熱電変換材料から成るペルチェ素子を用いる場合がある。



しかし、車載用機器は高い冷熱、電力が要求されるため、エネルギー変換効率が低い従来の熱電変換材料を用いて車載用機器の熱電変換素子、更にはそれを用いた装置等を製造しようとすると、必然的に大型化してしまう。



ところで、熱電変換材料の形態をワイヤ状構造体(ナノワイヤ)とすることで、図7に示すとおり、エネルギー変換効率が向上するとの報告がなされている(非特許文献1参照)。なお、図7におけるdwは、それぞれの形状における大きさ、即ち、バルク材の場合はその任意の一辺の寸法、量子井戸の場合は2次元シート状材料の厚み、ナノワイヤの場合はワイヤ一本の直径を意味する。



熱電変換材料のワイヤ状構造体を製造する方法として、図8に示すように、内径が揃ったナノサイズの細孔を多数備えた多孔質アルミナの細孔中に、金属ビスマスの蒸気を真空下、毛細管現象を利用して注入し、細孔中でビスマスのワイヤ状構造体を形成する方法が開示されている(非特許文献2参照)。
【非特許文献1】
Phys. Rev. B 1993, 47, 12727., Phys. Rev. B 1993, 47, 16631.
【非特許文献2】
Phys. Rev. Lett. 2002, 88, 216801.

産業上の利用分野


本発明は、例えば、熱電変換素子やペルチェ素子等に適用できるワイヤ状構造体、その製造方法、熱電変換素子、及びペルチェ素子に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
(a)ビスマス原子と、
(b)電気双極子モーメントを有する陰イオンと、
(c)化学式1で表される有機化合物と、
を含むワイヤ状構造体。
【化1】


化学式1において、X1~X4は、それぞれ、O、S、Se、Teから成る群から選ばれる1種であり、R1~R4は、それぞれ、水素又は炭化水素である。

【請求項2】
(a)金属原子又は半金属原子と、
(b)電気双極子モーメントを有する陰イオンと、
(c)化学式1で表される有機化合物と、
を含み、
前記(a)及び前記(b)から成る塩と、前記(c)とを混合することにより製造されるワイヤ状構造体。
【化1】


化学式1において、X1~X4は、それぞれ、O、S、Se、Teから成る群から選ばれる1種であり、R1~R4は、それぞれ、水素又は炭化水素である。

【請求項3】
前記(b)は、含フッ素有機イオン、及びトリフルオロメタンスルホン酸イオンから成る群から選ばれる1種以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載のワイヤ状構造体。

【請求項4】
前記(c)は、含カルコゲン有機化合物、含硫黄有機化合物、及びチオフルバレン骨格を含む有機化合物から成る群から選ばれる1種以上であることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載のワイヤ状構造体。

【請求項5】
(a)金属原子又は半金属原子と、
(b)電気双極子モーメントを有する陰イオンと、
(c)化学式1で表される有機化合物と、
を含むワイヤ状構造体の製造方法であって、
前記(a)及び前記(b)から成る塩と、前記(c)とを混合することを特徴とするイヤ状構造体の製造方法。
【化1】


化学式1において、X1~X4は、それぞれ、O、S、Se、Teから成る群から選ばれる1種であり、R1~R4は、それぞれ、水素又は炭化水素である。

【請求項6】
前記(b)は、含フッ素有機イオン、及びトリフルオロメタンスルホン酸イオンから成る群から選ばれる1種以上であることを特徴とする請求項5に記載のワイヤ状構造体の製造方法。

【請求項7】
前記(c)は、含カルコゲン有機化合物、含硫黄有機化合物、及びチオフルバレン骨格を含む有機化合物から成る群から選ばれる1種以上であることを特徴とする請求項5又は6に記載のワイヤ状構造体の製造方法。

【請求項8】
(a)金属原子又は半金属原子と、
(b)電気双極子モーメントを有する陰イオンと、
(c)化学式1で表される有機化合物と、
を含むワイヤ状構造体を用いた熱電変換素子。
【化1】


化学式1において、X1~X4は、それぞれ、O、S、Se、Teから成る群から選ばれる1種であり、R1~R4は、それぞれ、水素又は炭化水素である。

【請求項9】
前記(b)は、含フッ素有機イオン、及びトリフルオロメタンスルホン酸イオンから成る群から選ばれる1種以上であることを特徴とする請求項8に記載の熱電変換素子。

【請求項10】
前記(c)は、含カルコゲン有機化合物、含硫黄有機化合物、及びチオフルバレン骨格を含む有機化合物から成る群から選ばれる1種以上であることを特徴とする請求項8又は9に記載の熱電変換素子。

【請求項11】
(a)金属原子又は半金属原子と、
(b)電気双極子モーメントを有する陰イオンと、
(c)化学式1で表される有機化合物と、
を含むワイヤ状構造体を用いたペルチェ素子。
【化1】


化学式1において、X1~X4は、それぞれ、O、S、Se、Teから成る群から選ばれる1種であり、R1~R4は、それぞれ、水素又は炭化水素である。

【請求項12】
前記(b)は、含フッ素有機イオン、及びトリフルオロメタンスルホン酸イオンから成る群から選ばれる1種以上であることを特徴とする請求項11に記載のペルチェ素子。

【請求項13】
前記(c)は、含カルコゲン有機化合物、含硫黄有機化合物、及びチオフルバレン骨格を含む有機化合物から成る群から選ばれる1種以上であることを特徴とする請求項11又は12に記載のペルチェ素子。
国際特許分類(IPC)
画像

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出願権利状態 登録
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