高純度単層カーボンナノチューブによるホッピング伝導系の熱電物性

高纯单壁碳纳米管跳跃传导系统的热电性能

• 批准号: 19J21142
• 负责人: 一ノ瀬 遥太
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Tokyo Metropolitan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J21142/
• 关键词: 単層カーボンナノチューブ; 熱電変換現象; 低次元ナノ材料; 電荷輸送現象; 一次元電子構造; 電気二重層キャパシタ

排熱を電気エネルギーへと変換可能な熱電変換材料の物性解明は、省エネルギー社会やIoT社会実現の観点で重要である。特に様々な形状の物体から発せられる大量の中低温排熱を利用するためには、柔軟で高効率な熱電材料が必要だ。単層カーボンナノチューブ(SWCNTs)は、薄膜やファイバーなどの柔軟性に優れた形状に加工可能でありながら、１次元ナノ構造によって高い熱電変換性能を示すと理論的に予想されている。しかし、SWCNTs薄膜などの柔軟な熱電材料は、柔軟性に寄与する分子間の接合界面を持つ。キャリアは界面を熱的にホッピングしながら伝導すると考えられているが、ホッピング伝導系における熱電物性は経験則的な理解にとどまっており、従来の熱電物性モデルでは説明できない現象が多く確認されていた。したがって、ホッピング伝導の寄与を考慮したSWCNTs薄膜の熱電物性を解明するために研究を行った。本研究では、物性値の温度変化を測定するアプローチを取った。独自に開発したSWCNTs薄膜の熱電物性測定システムは、イオン液体を用いた電解質ゲーティング手法によってフェルミレベルを精密に制御した状況下で熱電物性の温度依存性を測定できる。用いた試料は本研究室で開発した分離技術によって得た高純度SWCNTsであり、独自の試料・測定手法を組み合わせた。測定の結果、半導体型SWCNTs薄膜において、キャリアのドープ量を小さくした場合には温度低下とともにゼーベック係数が急激に増大する異常な現象を観測した。従来の研究で用いられていた可変領域ホッピングモデルに修正を加え、新たなモデルを構築したところ、この異常な現象を説明可能であることを確認した。本研究における新現象とその物理的解釈の発見は、SWCNTs薄膜材料のみならず、柔軟な熱電材料全般における熱電物性の理解に応用可能な成果であると考えられる。

Heat removal を electric 気 エ ネ ル ギ ー へ と variations in May interpret の な thermoelectric variations in material physical properties は, provincial エ ネ ル ギ ー social や society be IoT の 観 point で important で あ る. Trevor に others 々 の な shape か ら 発 せ ら れ る large の in low temperature heat removal を using す る た め に は, soft で high working rate necessary だ が な thermoelectric materials. 単 layer カ ー ボ ン ナ ノ チ ュ ー ブ (SWCNTs) は, film や フ ァ イ バ ー な ど の softness に optimal れ た shape に processing may で あ り な が ら, 1 yuan ナ ノ tectonic に よ っ て い high thermoelectric variations in performance を shown す に と theory to think さ れ て い る. The な する, SWCNTs thin film, な, <s:1>, soft な, thermoelectric material, and softness に are attached to the する intermolecular <s:1> bonding interface を. キ ャ リ ア は interface を hot に ホ ッ ピ ン グ し な が ら 伝 guide す る と exam え ら れ て い る が, ホ ッ ピ ン グ 伝 guide system に お け る thermoelectric property は 経 験 is な understand に と ど ま っ て お り, 従 の thermoelectric property モ デ ル で は illustrate で き な い phenomenon が く confirm more さ れ て い た. し た が っ て, ホ ッ ピ ン グ 伝 guide の send を consider し た SWCNTs film の thermoelectric property を interpret す る た め に を line っ た. In this study, で で and the physical property value of <s:1> temperature change を were determined. Youdaoplaceholder2 チを チを was taken as った. Alone に open 発 し た SWCNTs film の thermoelectric property determination シ ス テ ム は, イ オ ン liquid を with い た electrolyte ゲ ー テ ィ ン グ gimmick に よ っ て フ ェ ル ミ レ ベ ル を precision に suppression し た condition で thermoelectric property の temperature dependency を determination で き る. With い た sample は this laboratory で open 発 し た separation technology に よ っ て た high purity SWCNTs で あ り, alone の sample measurement technique, を group み close わ せ た. の results, film type semiconductor SWCNTs に お い て, キ ャ リ ア の ド ー small amount プ を さ く し た occasions に は low temperature と と も に ゼ ー ベ ッ ク coefficient が nasty shock に raised big す る abnormal phenomenon of な を 観 measuring し た. 従 research で の with い ら れ て い た can - field ホ ッ ピ ン グ モ デ ル に correction を え, new た な モ デ ル を build し た と こ ろ, こ の abnormal phenomenon of な を instructions may で あ る こ と を confirm し た. This study に お け る new phenomenon と そ の physical solution 釈 の 発 see は, SWCNTs film material の み な ら ず, soft な thermoelectric materials all に お け る thermoelectric property の understand に 応 in the fruit may な で あ る と exam え ら れ る.

项目成果

半導体型ナノ材料における熱電物性の一次元性

半导体纳米材料热电性能的一维性

• 发表时间: 2021
• 作者: 一ノ瀬遥太;松原愛帆;蓬田陽平;吉田朱里;上治寛;金橋魁利;蒲江;竹延大志;山本貴博;柳和宏
• 通讯作者: 柳和宏

Temperature Dependence of the Thermoelectric Conductivity L12 in Semiconducting SWCNTs with Controlled Chemical Potential

具有受控化学势的半导体 SWCNT 中热电导率 L12 的温度依赖性

• 发表时间: 2021
• 作者: Yota Ichinose;Akari Yoshida;Manaho Matsubara;Shigeki Saito;Kan Ueji;Yohei Yomogida;Yakahiro Yamamoto;and Kazuhiro Yanagi
• 通讯作者: and Kazuhiro Yanagi

One‐dimensional thermoelectric properties of high‐purity single‐chirality singlewall carbon nanotube films

高纯度单手性单壁碳纳米管薄膜的一维热电性能

• 发表时间: 2019
• 作者: Yota Ichinose;Kengo Fukuhara;Akari Yoshida;Yohei Yomogida;Takahiro Yamamoto;Junichiro Kono;Kazuhiro Yanagi
• 通讯作者: Kazuhiro Yanagi

Dimensionality of Thermoelectric Properties in Low Dimensional Semiconducting Materials

低维半导体材料热电特性的维数

• 发表时间: 2020
• 作者: Yota Ichinose;Manaho Matsubara;Yohei Yomogida;Akari Yoshida;Kan Ueji;Kaito Kanahashi;Jiang Pu;Taishi Takenobu;Takahiro Yamamoto;Kazuhiro Yanagi
• 通讯作者: Kazuhiro Yanagi

Higher thermoelectric performance in Metallic nanotubes than semiconducting nanotubes

金属纳米管的热电性能高于半导体纳米管

• 发表时间: 2019
• 作者: Yota Ichinose;Akari Yoshida;Kanako Horiuchi;Kengo Fukuhara;Natsumi Komatsu;Weilu Gao;Yohei Yomogida;Manaho Matsubara;Takahiro Yamamoto;Junichiro Kono;Kazuhiro Yanagi
• 通讯作者: Kazuhiro Yanagi