【公開日：2023.07.28】【最終更新日：2023.04.27】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22NM0081
利用課題名 / Title
温度差不要環境熱発電素子の特性向上のためのナノ粒子合成
利用した実施機関 / Support Institute
物質・材料研究機構
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion（副 / Sub）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials
キーワード / Keywords
電子顕微鏡/Electron microscopy,熱電材料/ Thermoelectric material,ナノ粒子/ Nanoparticles
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
小倉 周
所属名 / Affiliation
株式会社GCEインスティチュート
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
後藤雅裕,中村貴宏
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
NM-504：200kV電界放出形透過電子顕微鏡（JEM-2100F2）
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
我々はゼーベック効果を利用した従来の熱電発電技術とは異なり，全く新しい原理に基づく環境熱発電デバイスの開発に取り組んでいる．本デバイスは温度差を必要とせず，室温付近から150℃程度までの環境熱で発電することから，その応用範囲は従来の熱電デバイスの概念を覆し幅広い用途での応用が期待される．本デバイス構成は仕事関数の異なる二つの金属平板電極間に，膜厚がマイクロメートル程度のナノ粒子分散体を挟んだ構成となっているが，その出力は金属電極間に生じる電界によって発現するため，高い出力を得るための金属電極の最適化について検討を行ってきた．一方，電極間の電子はホッピング伝導によって移送されることが明らかとなっているが，中間層を構成するナノ粒子の物性制御は熱耐性以外行ってこなかった．そこで，本環境熱発電デバイスのさらなる高効率化を目的に，中間層を構成するナノ粒子のバルクにおける仕事関数を，デバイスを構成する両電極間とすることを目的に合成実験を行った．
実験 / Experimental
対象とするナノ粒子は，熱耐性に優れることに加えバルクの仕事関数がデバイスの両金属電極の仕事関数の中間となる金－ハフニウム合金を選択した．金ならびにハフニウムイオンを所定の割合で混合して調整した前駆体水溶液に対して，フェムト秒パルスレーザーを集光・照射した．レーザー照射後のコロイド溶液を，TEM観察用のマイクログリッドに滴下して乾燥したのち，透過型電子顕微鏡 (TEM，JEM-2100F2) を用いて評価した．
結果と考察 / Results and Discussion
レーザー照射後試料のTEM観察結果を図に示す．直径10－20 nmの粒径粒子に加え，一桁ナノメートルの微細な粒子が観察領域全体に分布していることがわかる．金ならびにハフニウムの合金形成にかかる混合熱の理論値はΔHmix=-63であり，二元系状態図からは共晶合金が形成されることがわかることから合金形成は容易であるものと考える．一方，両金属の酸化還元電位が異なることに起因して金ならびにハフニウムが別々に形成されている可能性がある．今後電子回折ならびにX線回折を用いて結晶構造の評価を行う．
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
金，ハフニウム混合溶液へのレーザー照射により作製したナノ粒子のTEM観察結果
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
本研究は、文部科学省委託事業マテリアル先端リサーチインフラ課題として物質・材料研究機構の支援 (課題番号JPMXP1222NM0081) を受けて実施されました．
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件