新規フレキシブル熱電材料の開発に向けた選択的ナノ粒子形成による熱電物性制御

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本研究では、フレキシブルな熱電材料として期待されるポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)：ポリ(4-スチレンスルホン酸塩)（PEDOT:PSS）に注目し、光還元法を用いて銅ナノ粒子/PEDOT:PSSを合成することで、PEDOT:PSSの熱電物性を制御することを目的としている。昨年度、PEDOT:PSS分散液を用いて光還元法により銅ナノ粒子を合成することができた。しかし、PEDOT:PSSに対して紫外光照射することによってPEDOTは還元され、電気伝導に寄与するポーラロン、バイポーラロンが減少してしまうことが分かった。今年度は、PEDOTの還元を防ぐために、銅ナノ粒子を合成してからPEDOT:PSSに導入することを考えた。しかし、銅ナノ粒子は大気不安定であるため、合成後に導入するのは難しい。そこで、比較的大気安定なセレン化銅を合成し、PEDOT:PSSに導入するという方向へ方針転換を行なった。セレンナノ粒子、超純水、エタノールを加えた混合溶液に酢酸銅を加え、紫外光を照射することで光還元法によるセレン化銅ナノ粒子の合成を行なった。X線回折法を用いて結晶構造を分析すると、室温近傍で高い熱電性能を示すα相が合成できていることが分かった。このセレン化銅ナノ粒子をPEDOT:PSSに導入した薄膜を、スピンコート法を用いて作製したが、熱電性能にほとんど変化が現れなかった。そこで、このナノ構造の形状に注目し、セレンナノワイヤを前駆体として、同様の光還元法によりセレン化銅ナノワイヤを合成した。すると、セレン化銅ナノワイヤをPEDOT:PSSに導入した薄膜では、熱電出力因子（ゼーベック係数の2乗×電気伝導率）が約10倍程度増大することが分かった。