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東大、導電性高分子に熱起電力が生成する機構を解明

発表日:2019年12月20日

導電性高分子に熱起電力が生成する機構を解明

-高性能熱電変換素子の実現に向けた大きな一歩-

1.発表者:

○渡邉 峻一郎

 (東京大学大学院新領域創成科学研究科物質系専攻 特任准教授/産業技術総合研究所 産総研・東大 先端オペランド計測技術オープンイノベーションラボラトリ 客員研究員 兼務)

○岡本 博

 (東京大学 大学院新領域創成科学研究科物質系専攻 教授/産業技術総合研究所 産総研・東大 先端オペランド計測技術オープンイノベーションラボラトリ ラボチーム長)

○竹谷 純一

 (東京大学大学院新領域創成科学研究科物質系専攻 教授/マテリアルイノベーション研究センター(MIRC) 特任教授 兼務/産業技術総合研究所 産総研・東大 先端オペランド計測技術オープンイノベーションラボラトリ 客員研究員 兼務/物質・材料研究機構 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点(WPI-MANA)MANA 主任研究者(クロスアポイントメント))

2.発表のポイント:

◆電気を流すプラスチック(導電性高分子)は、熱を電力に変換する熱電変換素子(注1)への応用が期待されていましたが、熱起電力(注2)が生成するメカニズムには未解明な部分が多くありました。

◆数十ナノメートル程度の薄膜試料における温度勾配・熱起電力の精密計測の結果から、導電性高分子中に存在する金属的な電子状態が熱起電力を生成することが明らかとなりました。

◆今後、導電性高分子においてキャリアドーピングを用いて金属的な電子状態を制御することで、さらなる高効率の熱電変換素子の開発が期待されます。

3.発表概要:

東京大学大学院新領域創成科学研究科、同マテリアルイノベーション研究センター、産総研・東大先端オペランド計測技術オープンイノベーションラボラトリ(注3)、物質・材料研究機構 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点(WPI-MANA)は、電気を流すプラスチック(導電性高分子)材料において、温度勾配から起電力が発生する詳細なメカニズムを明らかにすることに成功しました。数十ナノメートル厚さの薄膜試料において、室温から25K程度の低温領域に渡り、電気伝導測定・熱起電力測定・低エネルギー領域の光学反射率測定(室温のみ)を実施した結果、導電性高分子においても金属のように縮退した電子状態(注4)が実現していることが明らかになりました。また、このように縮退した電子状態が熱起電力を生成していることも明らかにしました。本研究により、導電性高分子において縮退した電子状態が実現することが初めて実証されました。今後、より結晶性を向上させた上で高効率に化学ドーピングを行うことで、金属的な電子状態を制御することができ、さらなる高効率の熱電変換素子の開発が期待されます。

本研究成果は、米国科学雑誌「Physical Review B:rapid communications」2019年12月18日版に掲載されました。本研究は、科学技術振興機構(JST)戦略的創造研究推進事業(さきがけ)研究領域「超空間制御と革新的機能創成」(研究総括:黒田 一幸)研究課題「分子インプランテーションによる超分子エレクトロニクスの創成」(研究者:渡邉 峻一郎東京大学大学院新領域創成科学研究科物質系専攻 特任准教授)の一環として行われました。

※以下は添付リリースを参照

リリース本文中の「関連資料」は、こちらのURLからご覧ください。

添付リリース

https://release.nikkei.co.jp/attach_file/0525834_01.pdf

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