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n型熱電変換材料および熱電変換素子、ならびにn型熱電変換材料の製造方法

国内特許コード P170013830
整理番号 (S2013-0347-N0)
掲載日 2017年3月16日
出願番号 特願2015-500316
出願日 平成26年2月14日(2014.2.14)
国際出願番号 JP2014053512
国際公開番号 WO2014126211
国際出願日 平成26年2月14日(2014.2.14)
国際公開日 平成26年8月21日(2014.8.21)
優先権データ
  • 特願2013-028394 (2013.2.15) JP
発明者
  • 野々口 斐之
  • 河合 壯
  • 足羽 剛児
出願人
  • 国立大学法人 奈良先端科学技術大学院大学
発明の名称 n型熱電変換材料および熱電変換素子、ならびにn型熱電変換材料の製造方法
発明の概要 優れた熱電変換特性と柔軟性とを兼ね備え、かつ軽量であるn型熱電変換材料を提供する。本発明のn型熱電変換材料は、ナローギャップ半導体からなるナノワイヤまたはナノチューブが不織布状に集積して形成されている。
従来技術、競合技術の概要


熱電変換素子とは、温度差によって物質内に生じる電位差を利用することにより、発電を行うものである。従来は、工業炉等の産業廃熱の有効利用を目指して、その開発が進められてきた。近年、環境発電への要請が高まりつつあるため、自然再生可能エネルギーや排熱から電力を得るものであるCOフリーの発電技術の一つとして、熱電変換材料が注目されている。また一方で、緊急時用、災害時用または医療用の電源として利用するために、小型かつ軽量な熱電変換材料が求められている。また、上記熱電変換材料をウェアラブルデバイスまたはポータブルデバイス等に適用する場合、熱電変換材料を体の形状に沿って密着させ、熱源として体温を利用できることが好ましい。そのため、柔軟性を有する熱電変換材料も求められていた。そこで、屋根、壁、変電所等の産業廃熱および生活廃熱による中低温で動作する柔軟かつ軽量な熱電変換材料の実現が待たれている。



しかしながら、従来開発されてきた熱電変換材料は、主に図12に示すようなバルク状の固体材料であった。当該バルク状の固体材料では柔軟性が得られないことから、熱源に密着させることができず、熱伝達の観点から不利である。



そこで、柔軟性に関する問題を解決するために、導電性高分子やカーボンナノチューブからなる熱電変換材料が検討されている。例えば、非特許文献1には、ジアルコキシフェニレン単位を含むフェニレンビニレン共重合体にヨウ素をドープすることによって形成されている導電性高分子のフィルムが記載されている。また、非特許文献2には、導電性高分子として、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)を利用することが記載されている。



さらに非特許文献3には、PEDOTおよびポリ(スチレンスルホン酸)の複合体(PEDOT:PSS)とカーボンナノチューブとを利用した複合材料が記載されている。非特許文献4には、カーボンナノチューブとフッ素ポリマーとの複合材料を使用した熱電モジュールが記載されている。非特許文献5には、遷移金属ジカルコゲナイドと炭素系材料とを混合した複合材料をフィルム状に成形することが記載されている。

産業上の利用分野


本発明はナノワイヤまたはナノチューブを不織布状に織り込んだn型熱電変換材料、および該熱電変換材料を含んだ熱電変換素子、ならびに該n型熱電変換材料の製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
ナローギャップ半導体からなるナノワイヤまたはナノチューブが不織布状に集積して形成されていることを特徴とするn型熱電変換材料。

【請求項2】
上記ナローギャップ半導体は、TeおよびSeの少なくとも一方を含んでいる化合物であることを特徴とする請求項1に記載のn型熱電変換材料。

【請求項3】
上記ナローギャップ半導体は、Biを含んでいる化合物であることを特徴とする請求項1または2に記載のn型熱電変換材料。

【請求項4】
上記ナローギャップ半導体は、BiTe、BiSe、またはBiSeTe3-x(0<x<3)であることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載のn型熱電変換材料。

【請求項5】
上記ナノワイヤまたは上記ナノチューブは、カーボンナノチューブとともに不織布状に集積されていることを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載のn型熱電変換材料。

【請求項6】
請求項1~5のいずれか1項に記載のn型熱電変換材料を含んでいることを特徴とする熱電変換素子。

【請求項7】
金属酸塩または金属酸化物が溶解している溶媒に対して、金属塩を加え、ナローギャップ半導体からなるナノワイヤまたはナノチューブを形成する工程と、
上記ナノワイヤまたは上記ナノチューブを不織布状に集積させる工程と、を含んでいることを特徴とするn型熱電変換材料の製造方法。

【請求項8】
上記金属酸塩または上記金属酸化物はTeまたはSeを含んでいることを特徴とする請求項7に記載のn型熱電変換材料の製造方法。

【請求項9】
上記金属塩はBiを含んでいることを特徴とする請求項7または8に記載のn型熱電変換材料の製造方法。

【請求項10】
上記金属酸塩は、NaTe、NaSe、KaTe、KaSe、MgOTe、MgOSe、CaOTe、CaOSe、HTe、HSe、HTeOまたはHSeOであることを特徴とする請求項7~9のいずれか1項に記載のn型熱電変換材料の製造方法。

【請求項11】
上記金属酸化物は、TeO、SeO、TeO、SeO、TeまたはSeであることを特徴とする請求項7~9のいずれか1項に記載のn型熱電変換材料の製造方法。

【請求項12】
上記ナノワイヤまたはナノチューブを不織布状に集積させる工程の前に、上記ナノワイヤまたはナノチューブを含んでいる溶媒に対してカーボンナノチューブを加える工程を含んでいることを特徴とする請求項7~11のいずれか1項に記載のn型熱電変換材料の製造方法。

【請求項13】
上記ナノワイヤまたはナノチューブを不織布状に集積させる工程において、上記ナノワイヤまたは上記ナノチューブを含んでいる溶媒を濾過することによって、上記ナノワイヤまたはナノチューブを不織布状に集積させることを特徴とする請求項7~12のいずれか1項に記載のn型熱電変換材料の製造方法。
国際特許分類(IPC)
画像

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JP2015500316thum.jpg
出願権利状態 公開
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