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メインコンテンツにスキップ グローバルメニューにスキップ | フッターにスキップ メニューボタン 対象者別 ">入学希望の方">卒業生の方">地域・一般の方">企業・メディアの方">在学生">教職員 探す アクセス Language JP EN TOPニュース・イベント【研究成果発表】カーボンナノチューブが、熱を電気エネルギーに変換する優れた性能を持つことを発見https://www.tmu.ac.jp/news/topics/7304.html 2014.01.29 【研究成果発表】カーボンナノチューブが、熱を電気エネルギーに変換する優れた性能を持つことを発見 理工学研究科 真庭豊教授らの研究グループ　－フレキシブル熱電変換素子の実現に一歩前進－ 報道発表 首都大学東京理工学研究科 真庭豊 教授、東京理科大学工学部 山本貴博 講師、産業技術総合研究所ナノシステム研究部門 片浦弘道 首席研究員の研究チームは、共同で高純度の半導体型単層カーボンナノチューブ（s-SWCNT）フィルムが、熱を電気エネルギーに変換する優れた性能をもつことを見いだしました。尺度となるゼーベック係数は実用レベルのBi2Te3系熱電材料に匹敵します。このフィルムのゼーベック係数は含まれるs-SWCNTの比率に依存して敏感に変化するため、s-SWCNTの配合比率の異なる２種のSWCNTを用いて容易に熱電変換素子を作ることができます。さらに、この電圧発生には、SWCNT間の結合部分が重要な役割を担うことを理論計算により見いだしました。今後、SWCNTの耐熱性や柔軟性などの優れた特徴を活かし、高性能の新規熱電変換素子の開発につなげていく予定です。 本研究成果は、専門誌Appl. Phys. Expr.(APEX)に「Giant Seebeck coefficient in semiconducting single-wall carbon nanotube film」のタイトルでVol.7 No2に発表される予定です。 本研究の一部は、独立行政法人科学技術振興機構の戦略的創造研究推進事業（CREST）、首都大学東京傾斜的研究補助金および文部科学省の科学研究費補助金の支援を受けて行われました。 ポイント カーボンナノチューブ（CNT）において実用Bi2Te3系熱電材料に匹敵する巨大ゼーベック効果を発見。 CNT界面における電圧発生機構を提案。 全CNT熱電変換素子を実現。 研究の背景・経緯 今日、先進国で消費されているエネルギーの約3分の2が未利用のまま排熱として環境に放出され、この廃熱エネルギーを効率よく利用可能なエネルギー形態に変換する技術の開発が強く望まれています。いわゆるゼーベック効果と呼ばれる現象を利用した、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換技術は、そのような技術の一つとして注目されています。本研究では、熱電変換素子を構成する主要材料として、カーボンナノチューブ（CNT）の可能性を探求しました。CNTがフレキシブルエレクトロニクス材料として利用可能であることは良く知られており、実際、CNTを用いた熱電変換素子は柔軟で室温近くで動作可能であることが実証され（関連情報を参照）、現在、実用レベルをめざした、より高性能な素子開発が続けられています。 研究の詳細 本研究では、CNT熱電変換素子の心臓部ともいうべき熱電変換材料としての単層カーボンナノチューブ(SWCNT)を研究しました。SWCNTは金属型(m-SWCNT)と半導体型(s-SWCNT)の2種類に大別され、通常の方法では、この2種類のSWCNTが混在して生成されています。従来の研究では、このようなm-SWCNTとs-SWCNT が混在した材料が使われていましたが、本研究ではs-SWCNTを高純度に濃縮する技術を用いることにより、(m-SWCNT)/(s-SWCNT)の存在比を制御したフィルム状の材料を開発しました。その結果、図１に示すように、s-SWCNTの割合によって、熱を電気（温度差を電圧）に変換する効率を表すゼーベック係数Sが10倍以上変化することが分かりました。最も高純度のs-SWCNT材料では、s-SWCNTの混合比が約67%の従来型SWCNTの約2.8倍、実用Bi2Te3系熱電材料に匹敵する170μV/Kが得られました。また、単位面積、単位温度差当たりの発電電力の尺度となるパワーファクターPが、従来型SWCNTの約4倍となりました。この結果は純度が違うSWCNT材料を組み合わせるだけで、容易に熱電変換素子を作製可能であることを意味し、図２にその例を示します。さらに、ドープ剤を注入することにより、従来型SWCNTにドープした場合のパワーファクターの約4倍である108μW/K2mが得られることが分かりました。 得られた巨大ゼーベック効果の原因はなにか、大変重要な問題です。本研究では理論的シミュレーションを行い、フィルム状試料内に多数存在するSWCNTとSWCNT間の接触部分が重要な役割を担っていることが示唆されました（図１(b)）。SWCNTは高い固有の熱伝導度をもつため、普通に考えると熱電変換材料としての利用は難しいように思われるのですが、この機構では、熱の伝わりにくいSWCNT間の接触部分で電圧が生じるため、熱電変換性能として良い結果が得られたと考えられます。今後の実用熱電変換素子の開発においても、このような界面制御が重要な一つの要素となると思われます。 発表論文 Giant Seebeck coefficient in semiconducting single-wall carbon nanotube film, by Yusuke Nakai, Kazuya Honda, Kazuhiro Yanagi, Hiromichi Kataura, Teppei Kato, Takahiro Yamamoto, and Yutaka Maniwa, Appl. Phys. Expr., Vol.7 No2掲載予定。(2014年1月29日オンライン掲載予定) 用語の説明 ゼーベック効果物体の両端に温度差を与えると、そこに電圧（起電力）が発生する現象。単位温度差（1K、1℃など）を与えたときに発生する電圧をゼーベック係数Sと呼びます。Sが大きいほど同じ温度差でも大きな電圧が得られます。また、温度差が大きいほど大きな電圧が得られます。Sは材料の種類に依存して、その大きさや符号（プラスの電圧が発生するか、マイナスの電圧が発生するか）が異なります。実際の熱電変換素子は、Sが違う2種類以上の材料を組み合わせて構成されています。 単層カーボンナノチューブ（SWCNT：Single-Wall Carbon Nanotube）カーボンナノチューブ(CNT)は炭素原子のみからなる一次元性のナノ炭素材料です。その化学構造はグラファイト層(1層のものはグラフェンと呼ばれる)を丸めてつなぎ合わせたもので表され、層の数が1枚だけのものを単層カーボンナノチューブ(SWCNT)と呼び、グラファイト層の巻き方（らせん度）に依存して電子構造が金属的になったり半導体的になったりします。SWCNTの構造（直径とらせん構造）は２つの整数の組（m, n）によって指定されます。これをSWCNTの指数と呼びます。典型的なSWCNTの大きさは、直径が0.4～3nm、長さがおよそ0.1～数10μmです。 研究チーム 首都大学東京【学長: 原島文雄】 理工学研究科物理学専攻真庭 豊 教授柳 和宏 准教授中井 祐介 助教 理工学研究科学生本田和也 東京理科大学【学長: 藤嶋 昭】 工学部第一部教養山本貴博 講師 工学研究科学生加藤哲平 産業技術総合研究所【理事長: 中鉢良治】 ナノシステム研究部門片浦弘道 首席研究員 関連情報 奈良先端大プレスリリース（2013.11.18）：しなやかな材料による温度差発電～世界初の熱電発電シートを開発　身の回りの排熱の利用やウェアラブルデバイスの電源に～http://www.naist.jp/pressrelease/detail_j/topics/1647/ 産総研プレスリリース（2011.9.30）：印刷して作る柔らかい熱電変換素子http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2011/pr20110930/pr20110930.html 参　考 報道発表資料 [当該研究に係る問合わせ先] （2014.1.29）(393KB) 真庭 豊 教授 プロフィール 柳 和宏 准教授 プロフィール 中井 祐介 助教 プロフィール 首都大学東京 理工学研究科 物理学専攻 HP 元のページに戻る 最新のニュース 2024.05.29 お知らせ 【重要】2024年度前期　一般学生　授業料減免申請 追加申請受付について 2024.05.24 お知らせ 【研究発表】一度の激しい運動がその後の身体活動量と体温を下げ体重を増やしてしまう 2024.05.17 お知らせ 【研究発表】溶液と固体の状態で円偏光を発光するキラルな亜鉛錯体の開発に成功－溶液と個体とで円偏光の回転方向が反転　新たな発光デバイスへの応用に期待－ 2024.05.16 お知らせ 【研究発表】過去77年間の小笠原諸島の植生変化を解明 －過去の人為的攪乱の履歴が、生態系の復元可能性に影響－ 2024.05.13 お知らせ 【研究発表】電気を流し、室温強磁性を示す希土類酸化物を発見－スピントロニクス材料としての応用に期待－ Page top 大学について学部・大学院教育の特長研究・産学公連携国際展開・留学学生生活・キャリア入試案内キャンパス・施設案内ニュース・イベントHOT TOPICS教員紹介 入学希望の方卒業生の方地域・一般の方企業・メディアの方在学生教職員 お問い合わせ関連リンクサイトマップサイトポリシープライバシーポリシーソーシャルメディアポリシーWEBマガジンメトロノワ調達・契約情報 ©2024 Tokyo Metropolitan Public University Corporation Follow Us都立大X都立大Channel Open/Close大学についてOpen/Close大学の目的・使命学長メッセージ学長メッセージ ＜メディア＞TMU Vision 2030Open/Close大学概要沿革組織図センター・機構学生数教職員数学則・規則施設概要設置認可申請書等東京都立大学の評価活動について数字で見る東京都立大学動画で見る東京都立大学シンボルマーク大学の校歌Open/Close教育情報の公表大学の教育研究上の目的・３ポリシー教育の3つのポリシー（学部）教育の3つのポリシー（大学院）教育研究上の基本組織アセスメント・ポリシー大学院（専門職大学院を除く）の学位論文審査基準授業に関すること成績評価基準、卒業・修了認定基準等メディア掲載Open/Close学部・大学院人文社会学部法学部経済経営学部理学部都市環境学部システムデザイン学部健康福祉学部Open/Close大学院 研究科・専攻一覧人文科学研究科法学政治学研究科経営学研究科理学研究科都市環境科学研究科システムデザイン研究科人間健康科学研究科大学院分野横断プログラム再編前の学部・大学院Open/Close教育の特長Open/Close革新的なカリキュラム基礎科目群教養科目群基盤科目群キャリア教育・インターンシッププログラム文理の枠を超えた履修推奨科目副専攻グローバル教育教職課程・学芸員養成課程文理教養プログラム学びのスタイル副専攻教職課程・学芸員養成課程教育基盤強化事業Open/Close教育改革推進事業首都大学東京 教育改革推進事業 FD活動都立大の教学IR ~Institutional Research~ベスト・ティーチング・アワードOpen/Close研究・産学公連携Open/Close研究センター、リサーチコア宇宙理学研究センター生命情報研究センター水道システム研究センター子ども・若者貧困研究センターソーシャルビッグデータ研究センター金融工学研究センター水素エネルギー社会構築推進研究センター医工連携研究センター量子物質理工学研究センターエネルギーインテグリティーシステム研究センター島嶼火山・都市災害研究センターコミュニティ･セントリック･システム研究センター言語の脳遺伝学リサーチコアサービスロボットインキュベーションハブリサーチコア（略称：serBOTinQ)高度研究東京都立大学 若手研究者等選抜型研究支援特別栄誉教授等制度・特別招聘教授制度共同研究・受託研究・学術相談・特定研究寄附金知的財産大学等発ベンチャー支援産学公連携スペース TMU Innovation Hub研究力強化推進プロジェクトローカル5G環境を活用した最先端研究都立大の先端研究に迫る傾斜的研究費一覧Open/Closeコンプライアンス・内部統制研究費の不正使用防止に対する取組（相談窓口・通報窓口の案内はこちら）研究活動の不正行為等防止に対する取組（通報窓口の案内はこちら）研究倫理利益相反マネージメント安全保障輸出管理Open/Close国際展開・留学多彩な留学制度／留学プログラムグローバル人材育成についてGlobal Discussion Camp（GDC）国連アカデミック・インパクト外国人留学生支援Open/Close国際交流協定協定校一覧（全学）(250KB)協定校一覧（部局間）(346KB)国際化基本方針国際化推進体制理学部生命科学科　英語課程 英語で学位が取得できるプログラムPickup！都立大の国際化 「東京都立大学ならではの体験ができる交換留学制度――異文化を肌で感じた記憶はその後の人生を変える」By 朝日新聞Thinkキャンパス広告記事Open/Close学生生活・キャリアOpen/Close学修サポート学生の修学支援主体的学修支援セミナーTA（ティーチングアシスタント）等Open/Close学生サポート学生相談室保健室ダイバーシティ推進室ボランティアセンター保険の加入学生課Open/Close施設の利用図書館連絡バス美術館の無料入場等学生寮などOpen/Closeキャンパスライフ学生広報チームpresents動画クラブ＆サークルFIND YOURSELF AT TMU(2.2MB)都立大生の1日VLOG！理系・文系の学生比べてみたBy朝日新聞YouTubeチャンネル【土佐兄弟の大学ドコイク】Open/Closeキャリア・就職キャリア支援・各種サポートキャリア支援課大学院進学Pickup！キャリア支援 「1年次から履修可能な現場体験型のキャリア授業で、未来の自分を考える」By 朝日新聞Thinkキャンパス広告記事学費・減免制度・奨学金制度等Open/Close入試案内Open/Close学部入試アドミッション・ポリシー学部入試概要【2024年5月24日更新】外部英語検定試験の利用について（2025年度以降一般選抜）インターネット出願入学者選抜要項・学生募集要項入試Q&A一般選抜の入試結果【2024年5月27日更新】(133KB)多様な選抜の入試結果【2024年4月26日更新】(146KB)募集人員【2023年7月7日更新】(313KB)オープンキャンパス・説明会資料請求・お問い合わせ入学考査料・入学料・授業料Open/Close学部入試制度改正2024年度2025年度2026年度Open/Close大学院入試大学院のシステムアドミッションポリシー大学院入試概要大学院学生募集要項大学院進学後の進路状況入学考査料・入学料・授業料資料請求・お問い合わせ大学案内・大学院案内Open/Closeキャンパス・施設案内キャンパスマップCampus Gallery図書館光の塔牧野標本館交通アクセスエコキャンパス・グリーンキャンパス電力使用状況イベントカレンダー教員紹介 入学希望の方卒業生の方地域・一般の方企業・メディアの方在学生 お問い合わせ関連リンクサイトマップサイトポリシープライバシーポリシーソーシャルメディアポリシーWEBマガジンメトロノワ調達・契約情報 JP EN Follow Us都立大X都立大Channel