特許ウォッチ

公開番号2024144558
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-11
出願番号2024118445,2020001230
出願日2024-07-24,2020-01-08
発明の名称熱電変換素子及びその製造方法並びに熱電変換デバイス
出願人国立大学法人鳥取大学
代理人個人
主分類H10N 10/856 20230101AFI20241003BHJP()
要約【課題】作製が簡単で長さに制約がない熱電変換素子、これを用いた熱電変換デバイスを提供する。
【解決手段】ホール濃度が相対的に低い領域であるp型熱電変換部と前記p型熱電変換部と電気的に接続されたホール濃度が相対的高い領域であるp⁺型熱電変換部で構成されるホールドープ化合物を含む導電性カーボンナノチューブ繊維からなる熱電変換素子であって、前記p型熱電変換部及びp⁺型熱電交換部は、前記ホールドープ化合物を含むカーボンナノチューブ繊維の一部に導電性被膜を形成した後に通電処理を行い、該ホールドープ化合物を含むカーボンナノチューブ繊維内のホール密度に異方性を付与して形成したものであることを特徴とするホールドープ化合物を含む導電性カーボンナノチューブ繊維からなる熱電変換素子である。また、熱電変換素子を自立電源としたセンサデバイス、水質モニタリング装置のセンサノードの自立電源にできる。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
ホールドープ化合物を含む導電性カーボンナノチューブ繊維の一部に金属ペーストを塗布してホールドープ化合物を含む導電性カーボンナノチューブ繊維に導電性被膜を形成する導電性被膜形成工程と、
導電性被膜を形成したホールドープ化合物を含む導電性カーボンナノチューブ繊維に電流を流してホール密度の異方性を形成する通電工程と、
ホールドープ化合物を含む導電性カーボンナノチューブ繊維から導電性被膜を剥離する導電性被膜剥離工程と、
からなるｐ型熱電変換部と前記ｐ型熱電変換部と電気的に接続されたｐ
＋
型熱電変換部で構成されるホールドープ化合物を含む導電性カーボンナノチューブ繊維からなる熱電変換素子の製造方法。
続きを表示（約 190 文字）【請求項２】
前記ホールドープ化合物が非金属ハロゲン化物であることを特徴とする請求項１に記載のホールドープ化合物を含む導電性カーボンナノチューブ繊維からなる熱電変換素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２のいずれかに記載の製造方法で製造したホールドープ化合物を含む導電性カーボンナノチューブ繊維からなる熱電変換素子を自立電源とするセンサデバイス。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本願発明は、熱電変換素子、特にカーボンナノ繊維を用いた熱電変換素子及びその製造方法並びにそれを用いた熱電変換デバイスに関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
熱電変換素子は、金属などの電気伝導性の電極を介してｐ型熱電材料とｎ型熱電材料とを電気的に接合したｐｎ接合対を形成することにより作製できる。この熱電変換素子は、接合対間に温度差を与えることでゼーベック効果に基づく熱起電力を発生する素子である。熱電変換素子を応用した熱電発電は、熱エネルギーを直接電力に変換することができるため可動部を必要とせず、体温で作動する腕時計や僻地用電源、宇宙用電源に用いられる。
一般的な熱電変換素子では、ｐ型熱電材料及びｎ型熱電材料は層状であるため高温部と低温部を距離的に離した熱電変換デバイスの作製は難しい。
【０００３】
近年、カーボンナノチューブを導電性材料とするドーパントを含むカーボンナノチューブからなる熱電変換材料が提案されている。例えば、
特許文献１には、ドーパントの吸着量を向上させるためカーボンナノチューブ及びドーパントを亜臨界流体中又は超臨界流体中において混錬して分散する熱電変換材料が提案されている。しかし、熱電変換材料は不織布状としたものであって、高温部と低温部を距離的に離した熱電変換デバイスについての開示はない。
【０００４】
特許文献２には、導電性高分子、カーボンナノチューブ、及びオニウム塩化合物を含有して、導電率異方性が１．５～１０である熱電変換材料が提案されている。オニウム塩化合物の共存下において特定の外部エネルギーを付与すると、オニウム塩化合物が酸を発生して優れたドーパントとして機能するためである。しかし、熱電変換材料は積層体としたものであって、高温部と低温部を距離的に離した熱電変換デバイスについての開示はない。
【０００５】
特許文献３には、クロロスルホン酸にカーボンナノチューブを溶解した紡糸ドープから低抵抗率を有するカーボンナノチューブ繊維を湿式紡糸して製造する方法が提案されている。しかし、高温部と低温部を距離的に離した熱電変換材料としての開示はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０１６－２１９５１３号公報
特開２０１３－０９８２９９号公報
ＷＯ２０１３－０３４６７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本願発明は、導電性カーボンナノチューブからなる繊維にホール濃度が相対的に低い領域（以下、「ｐ型熱電変換部」という。）とホール濃度が相対的高い領域（以下、「ｐ
＋
型熱電変換部」という。）からなる接合対（以下、「ｐｐ
＋
接合対」という。）を形成することにより、作製が簡単で長さに制約がない熱電変換素子、これを用いた熱電変換デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明の課題は、以下の態様により解決できる。具体的には、
【０００９】
（態様１）ｐ型熱電変換部と前記ｐ型熱電変換部と電気的に接続されたｐ
＋
型熱電変換部で構成されるホールドープ化合物を含む導電性カーボンナノチューブ繊維からなる熱電変換素子であって、前記ｐ型熱電変換部及びｐ
＋
型熱電交換部は、前記ホールドープ化合物を含むカーボンナノチューブ繊維の一部に導電性被膜を形成した後に通電処理を行い、該ホールドープ化合物を含むカーボンナノチューブ繊維内のホール密度に異方性を付与して形成したものであることを特徴とするホールドープ化合物を含む導電性カーボンナノチューブ繊維からなる熱電変換素子である。
ホールドープ化合物を含む導電性カーボンナノチューブ繊維の一部に金属ペーストを塗布して導電性被膜を形成し、通電処理を施すことにより、導電性被膜へのホール（キャリア）の移動を促して、ホールドープ化合物を含む導電性カーボンナノチューブ繊維内のホール密度に異方性を付与する。導電性被膜を剥離することで、ホール密度の低いｐ型熱電変換部とホール密度の高いｐ
＋
型熱電変換部によりｐｐ
＋
接合対が形成される。これにより、長さの制約のない導電性カーボンナノチューブ繊維を、ｐ型熱電変換部とｐ
＋
型熱電変換部が電気的に接続されたｐｐ
＋
接合対を簡単かつ任意な長さで製作することができる。
【００１０】
（態様２）前記ｐ型熱電変換部と前記ｐ
＋
型熱電変換部で構成されるｐｐ
＋
接合対を複数有する（態様１）に記載のホールドープ化合物を含む導電性カーボンナノチューブ繊維からなる熱電変換素子である。
ホールドープ化合物を含む導電性カーボンナノチューブ繊維内に導電性被膜を複数個所形成した後通電処理を行うことで、ｐ型熱電変換部とｐ
＋
型熱電変換部が電気的に接続されたｐｐ
＋
接合対を複数有する熱電変換素子を作製することができるからである。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許