CN107851702A - 热电转换材料及热电转换器件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够提高导电性，且能够提高塞贝克系数的热电转换材料。本发明的热电转换材料1含有碳纳米管，通过拉曼光谱测定的G/D比为25以上，电导率为500S/cm以上，塞贝克系数为50μV/K以上。

Description

热电转换材料及热电转换器件
技术领域
本发明涉及含有碳纳米管的热电转换材料。另外，本发明涉及使用了上述热电转换材料的热电转换器件。
背景技术
近年来，对能源问题的解决越来越活跃，对热能的回收技术的期待正在高涨。热量可从体温、太阳能热、发动机及工业废热等各种场所进行回收，是最普通的能源。另外，为了实现能效高的低碳社会，热能的回收技术的必要性正在增大。
作为热能的回收技术，基于塞贝克效应(或珀耳帖效应)的热电转换器件已经灵活用于温差发电、热传感器及冷却等各种场所。热电转换器件例如具有将多个p型半导体和n型半导体的组合即多个热电偶串联连接而成的模块结构。这种热电转换器件因没有可动部，所以无噪音及振动，且无规模效应，即使是较小的温差，也能够发电，具有可组装于各种设备及环境这样的许多优点。
如上所述的热电转换器件的一个例子在下述专利文献1中被公开。专利文献1记载的热电转换器件按叠层顺序依次具备：应力缓和层、挠性基材、热电转换元件。上述热电转换元件按叠层顺序依次具有：第一电极、含有有机材料的热电转换层、第二电极。上述应力缓和层用于调节上述挠性基材的翘曲。在上述热电转换层中，例如，作为上述有机材料，可以组合使用导电性高分子和导电性纳米材料(特别是CNT)。
另外，专利文献1记载的是如下技术：在热电转换材料的制造工序中，将热电转换材料的组合物添加在分散剂中，得到在分散剂中分散有组合物的分散液。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2015-092557号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
认为组合物越是均匀地分散在热电转换材料的组合物的分散液中，越存在得到的热电转换材料的导电性升高的倾向。但是，本发明的发明人等的研究结果发现，当为了提高导电性而提高组合物的分散性时，塞贝克系数往往会大幅地降低。这样，在现有的热电转换材料中，难以兼顾高导电性和高塞贝克系数两者。
本发明的目的在于，提供一种热电转换材料，其能够提高导电性，且也能够提高塞贝克系数。另外，本发明的目的还在于，提供一种使用了上述热电转换材料的热电转换器件。
用于解决技术问题的技术方案
根据本发明的大的方面，提供的是热电转换材料，其含有碳纳米管，所述热电转换材料通过拉曼光谱测定的G/D比为25以上，
所述热电转换材料的电导率为500S/cm以上，
所述热电转换材料的塞贝克系数为50μV/K以上。
本发明的热电转换材料优选为片状的热电转换材料。
在本发明的热电转换材料的某特定方面，所述碳纳米管的含量为70重量％以上。
根据本发明的大的方面，提供的是热电转换材料，其具备：
上述的热电转换材料，
第一电极，其配置于所述热电转换材料的表面上，
第二电极，其配置于所述热电转换材料的表面上并位于与所述第一电极分离的位置。
发明的效果
本发明的热电转换材料因为含有碳纳米管，所述热电转换材料通过拉曼光谱测定的G/D比为25以上，所述热电转换材料的电导率为500S/cm以上，所述热电转换材料的塞贝克系数为50μV/K以上，因此，能够提高导电性，且能够提高塞贝克系数。
附图说明
图1是本发明第一实施方式的热电转换器件的剖面图；
图2是表示实施例1及比较例1的热电转换材料的导电率的图；
图3是表示实施例1及比较例1的热电转换材料的塞贝克系数的图；
图4是表示实施例1及比较例1的热电转换材料的功率因数的图；
图5是表示实施例2及比较例2的热电转换材料的导电率的图；
图6是表示实施例2及比较例2的热电转换材料的塞贝克系数的图；
图7是表示实施例2及比较例2的热电转换材料的功率因数的图。
标记说明
1热电转换材料
2a、2b第一电极、第二电极
3a、3b第一基板、第二基板
10热电转换器件
具体实施方式
下面，对本发明进行详细说明。
本发明的热电转换材料含有碳纳米管。本发明的热电转换材料通过拉曼光谱测定的G/D比为25以上。本发明的拉曼光谱测定为使用了波长532nm的光进行的拉曼光谱测定。
本发明的热电转换材料的电导率为500S/cm以上。本发明的热电转换材料的塞贝克系数为50μV/K以上。
认为组合物越是均匀地分散在热电转换材料的组合物的分散液中，越存在得到的热电转换材料的导电性升高的倾向。但是，本发明的发明人员研究的结果发现，为了提高导电性而提高组合物的分散性时，塞贝克系数往往会大大地降低。这样，就现有的热电转换材料而言，难以兼顾高导电性和高塞贝克系数两者。
因此，本发明人员发现，在热电转换材料的G/D比较高的情况下，塞贝克系数的降低得到抑制，且热电转换材料的导电性升高。
在本发明中，因为热电转换材料的G/D比为25以上，因此能够提高导电性，且也能够提高塞贝克系数。
从进一步提高上述热电转换材料的导电性且进一步提高塞贝克系数的观点出发，G/D比更优选为30以上，进一步优选为40以上。
上述热电转换材料优选为片状。该片状的热电转换材料即使发生弯曲也可以使用。上述热电转换材料可以为无纺布状。
从有效地提高上述热电转换材料的导电性的观点出发，上述碳纳米管的含量优选为70重量％以上，更优选为80重量％以上，进一步优选为90重量％以上，优选为100重量％以下。
从提高上述热电转换材料的热电动势的观点出发，上述碳纳米管优选为单壁碳纳米管(SWCNT)。
本发明的热电转换器件具备：上述热电转换材料、配置于上述热电转换材料的表面上的第一电极、配置于上述热电转换材料的表面上且位于与上述第一电极分离的位置的第二电极。
在本发明的热电转换器件中，由于具备上述技术特征，因此能够提高导电性，且也能够提高塞贝克系数。
图1是本发明第一实施方式的热电转换器件的剖面图。
此外，实施方式中参照的附图均是示意性记载的附图，附图所描绘的物体的尺寸比率等有时与实际物体的尺寸比率等不同。具体物体的尺寸比率等要参考以下说明来判断。
图1所示的热电转换器件10具备：片状的热电转换材料1、配置于热电转换材料1的厚度方向上的一侧的第一电极2a、配置于热电转换材料1的厚度方向上的与一侧相反的另一侧的第二电极2b。第二电极2b与第一电极2a分离。
由一个第一电极2a、一个热电转换材料1、一个第二电极2b构成一个热电转换元件。
在第一电极2a的与热电转换材料1侧相反的一侧设有第一基板3a。在第二电极2b的与热电转换材料1侧相反的一侧设有第二基板3b。第一基板3a、第二基板3b的材料为聚酰亚胺等树脂材料、适当的陶瓷材料等。
此外，在热电转换器件中，可以对多个热电转换材料进行叠层而使用。热电转换器件可以具备多个热电转换元件。
在图1所示的热电转换器件10中，在热电转换材料1的厚度方向的一侧配置有第一电极2a，在热电转换材料1的厚度方向上的与上述一侧相反的另一侧配置有第二电极2b。此外，第一电极2a及第二电极2b的配置不局限于上述的配置，可适当变更。
下面，基于具体的实施例进一步对本发明进行详细说明。
(实施例1)
热电转换材料的制作：
在邻二氯苯100mL中添加SWCNT25mg，使用磁力搅拌器进行搅拌。其后，使用高压式均化器，在压力40MPa下进行分散处理，得到SWCNT分散液。使用孔径0.2μm的膜过滤器，对所得到的SWCNT分散液进行减压过滤，得到SWCNT沉积物。通过使所得到的SWCNT沉积物干燥，得到片状的热电转换材料。
通过上述方法，可得到多个热电转换材料。此外，通过使重复进行上述分散处理的次数(重复处理次数)在3次～10次的范围内不同，可制作出各热电转换材料。
G/D比的测定：
使用波长532nm的激光，进行热电转换材料的拉曼光谱测定，求出拉曼光谱的由苯环引起的G带的峰面积。求出拉曼光谱的由苯环的缺陷等引起的D带的峰面积。此外，G带是位于1350cm-1附近的带，D带是位于1589cm-1附近的带。根据G带的峰面积和D带的峰面积之比，求出G/D比。
通过上述方法，制作得到G/D比为25以上、45以下的多个热电转换材料。
(实施例2)
热电转换材料的制作：
在邻二氯苯100mL中添加SWCNT25mg，使用磁力搅拌器进行搅拌。其后，利用新东工业株式会社制离心盘式混合器，进行分散处理，得到SWCNT分散液。使用孔径0.2μm的膜过滤器，对所得到的SWCNT分散液进行减压过滤，得到SWCNT沉积物。通过使所得到的SWCNT沉积物干燥，得到片状的热电转换材料。
通过上述方法，得到多个热电转换材料。此外，通过使重复进行上述分散处理的次数(重复处理次数)在1次～5次的范围内不同，制作出各热电转换材料。
G/D比的测定：
使用波长532nm的激光，进行热电转换材料的拉曼光谱测定，求出拉曼光谱的由苯环引起的G带的峰面积。求出拉曼光谱的由苯环的缺陷等引起的D带的峰面积。此外，G带是位于1350cm-1附近的带，D带是位于1589cm-1附近的带。根据G带的峰面积和D带的峰面积之比，求出G/D比。
通过上述方法，制作出G/D比为26以上48以下的多个热电转换材料。
(比较例1)
除使得到SWCNT分散液的工序中的分散处理的重复处理次数在20次～50次的范围内不同以外，与实施例1同样地制作出多个热电转换材料。在比较例1中，制作出G/D比低于25的多个热电转换材料。
(比较例2)
除使得到SWCNT分散液的工序中的分散处理的重复处理次数在7次～9次的范围内不同以外，与实施例2同样地制作出多个热电转换材料。在比较例2中，制作出G/D比低于25的多个热电转换材料。
测定出实施例1、实施例2及比较例1、比较例2的热电转换材料的导电率、塞贝克系数及功率因数。
图2是表示实施例1及比较例1的热电转换材料的导电率的图。图3是表示实施例1及比较例1的热电转换材料的塞贝克系数的图。图4是表示实施例1及比较例1的热电转换材料的功率因数的图。在图2～图4中，圆形图标表示的是实施例1的结果，三角形图标表示的是比较例1的结果。
图5是表示实施例2及比较例2的热电转换材料的导电率的图。图6是表示实施例2及比较例2的热电转换材料的塞贝克系数的图。图7是表示实施例2及比较例2的热电转换材料的功率因数的图。在图5～图7中，四边形图标表示的是实施例2的结果，×形图标表示的是比较例2的结果。
如图2及图3所示，在实施例1中，能够使导电性高于比较例1，且也能够提高塞贝克系数。如图5及图6所示，在实施例2中，能够使导电性高于比较例2，且也能够提高塞贝克系数。如图4所示，实施例1的功率因数为150μW/mK2以上，高于比较例1的功率因数。如图7所示，实施例2的功率因数为150μW/mK2以上，高于比较例2的功率因数。

Claims (4)

1.一种热电转换材料，其含有碳纳米管，
所述热电转换材料通过拉曼光谱测定的G/D比为25以上，
所述热电转换材料的电导率为500S/cm以上，
所述热电转换材料的塞贝克系数为50μV/K以上。
2.如权利要求1所述的热电转换材料，其是片状的热电转换材料。
3.如权利要求1或2所述的热电转换材料，其中，
所述碳纳米管的含量为70重量％以上。
4.一种热电转换器件，其具备：
权利要求1～3中任一项所述的热电转换材料，
第一电极，其配置于所述热电转换材料的表面上，
第二电极，其配置于所述热电转换材料的表面上并位于与所述第一电极分离的位置。
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