JP2003046145A - Thermoelectric material, method of manufacturing the same and thermoelectric element - Google Patents

Thermoelectric material, method of manufacturing the same and thermoelectric element

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JP2003046145A JP2002119771A JP2002119771A JP2003046145A JP 2003046145 A JP2003046145 A JP 2003046145A JP 2002119771 A JP2002119771 A JP 2002119771A JP 2002119771 A JP2002119771 A JP 2002119771A JP 2003046145 A JP2003046145 A JP 2003046145A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new thermoelectric material whose workability and thermoelectric characteristic are superior and which can obtain an n-type thermoelectric characteristic according to the characteristic of an inorganic thermoelectric material, to provide a thermoelectric element, and to provide a method of manufacturing the thermoelectric material. SOLUTION: In the thermoelectric material, an organic thermoelectric material and the inorganic thermoelectric material are integrated in a dispersion state, the organic thermoelectric material is selected from among polyaniline or its derivative, polypyrrole or its derivative, polythiophene or its derivative, a polyphenylene vinylene derivative, a polyparaphenylene derivative, a polyacene derivative and a copolymer of these material. The inorganic thermoelectric material is at least one kind selected from among a Bi-(Te,Se)-based material, an Si-Ge-based material, a Pb-Te-based material, a GeTe-AgSbTe-based material, a (Co,Ir,Ru)-Sb-based material, and a (Ca,Sr,Bi)Co2 O5 -based material.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ゼーベック効果に
よる熱電発電や、ペルチェ効果による電子冷却等のいわ
ゆる熱電変換(可動部の無いエネルギーの直接変換)に
利用される熱電材料及び熱電素子並びにその製造方法に
関し、有機高分子と無機熱電材料とをハイブリッド化し
て有機高分子の成形性と無機熱電材料の熱電特性とを併
せ持つように工夫したものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermoelectric material and a thermoelectric element used for thermoelectric power generation by the Seebeck effect, so-called thermoelectric conversion such as electronic cooling by the Peltier effect (direct conversion of energy without moving parts), and manufacturing thereof. Regarding the method, it is devised so that the organic polymer and the inorganic thermoelectric material are hybridized to have both the moldability of the organic polymer and the thermoelectric properties of the inorganic thermoelectric material.

【0002】[0002]

【従来の技術】熱電変換材料を用いた熱電発電や電子冷
却等の熱電変換は、振動、騒音、磨耗等を生じる可動部
分が全くなく、構造が簡単で信頼性が高く、高寿命で保
守が容易であるという特徴を持った簡略化されたエネル
ギー直接変換装置の作製を可能とするものであり、例え
ば、各種化石燃料等の燃焼によらず直接的に直流電力を
得たり、冷媒を用いないで温度制御したりするのに適し
ている。
2. Description of the Related Art Thermoelectric conversion using thermoelectric conversion materials such as thermoelectric generation and electronic cooling has no moving parts that cause vibration, noise, wear, etc., has a simple structure, high reliability, long life and maintenance. It enables the production of a simplified energy direct conversion device that has the characteristic of being easy. For example, it is possible to directly obtain DC power without using various fossil fuels, etc., or to use a refrigerant. Suitable for temperature control.

【0003】ところで、熱電変換材料において特性を評
価するにあたり、以下の式で表される物理的内部因子T
PFや熱電性能指数ZTが使用される。
By the way, in evaluating the characteristics of a thermoelectric conversion material, a physical internal factor T represented by the following equation:
PF and thermoelectric figure of merit ZT are used.

【0004】[0004]

【数1】 [Equation 1]

【0005】[0005]

【数2】 [Equation 2]

【0006】ここで、S:ゼーベック係数、σ:電気伝
導度、κ:熱伝導率である。熱電変換材料では、このZ
Tが大きいこと、すなわちゼーベック係数Sが高く、電
気伝導度σが高く、熱伝導率κが低いことが望まれる。
Here, S: Seebeck coefficient, σ: electrical conductivity, κ: thermal conductivity. In thermoelectric conversion materials, this Z
It is desired that T is large, that is, the Seebeck coefficient S is high, the electric conductivity σ is high, and the thermal conductivity κ is low.

【0007】例えば、熱電変換材料を熱電発電などに用
いる場合、熱電変換材料としては、ZT=0.02以上
の高い熱電性能指数を有し、使用環境下で長期間安定に
作動することが望まれる。また、車載用や排熱利用向け
の熱電発電装置を量産するには、特に高温で十分な耐熱
性・強度を有し、特性劣化が生じない材料と、これを安
価に効率良く生産出来る製造方法が望まれる。
For example, when the thermoelectric conversion material is used for thermoelectric power generation or the like, it is desirable that the thermoelectric conversion material has a high thermoelectric figure of merit of ZT = 0.02 or more and operates stably for a long period of time under a use environment. Be done. In addition, for mass-production of thermoelectric power generators for in-vehicle use or exhaust heat utilization, a material that has sufficient heat resistance and strength at high temperature and does not cause characteristic deterioration, and a manufacturing method that can efficiently produce this at low cost. Is desired.

【0008】従来、このような熱電変換材料としてはP
bTe、あるいはMSi(M:Cr、Mn、Fe、C
o)等のシリサイド化合物やそれらの混合物等のシリサ
イド系材料などが用いられている。
Conventionally, P has been used as such a thermoelectric conversion material.
bTe or MSi 2 (M: Cr, Mn, Fe, C
Silicide compounds such as o) and the like, and silicide-based materials such as a mixture thereof are used.

【0009】また、TSb(T:Co、Ir、Ru)
などのSb化合物を用いた例、例えば、化学組成におい
てCoSbを主成分とする材料に電気導電型を決定す
るための不純物を添加した熱電材料が報告されている
(L.D.Dudkin and N.Kh.AbrikoSov, Soviet Physics So
lid State Physics(1959)pp.126)B.N.Zobrinaand, L.D.
Dudkin , Soviet Physics Solid State Physics(1960)p
p.1668)K.Matsubara, T.Iyanaga, T.Tsubouchi, K.Kish
imoto and T.Koyanagi,American Institute of Physics
(1995)pp.226-229)。
Further, TSb 3 (T: Co, Ir, Ru)
Examples using Sb compounds such as, for example, thermoelectric materials obtained by adding impurities for determining the electric conductivity type to a material containing CoSb 3 as a main component in the chemical composition have been reported (LD Dudkin and N.Kh. AbrikoSov. , Soviet Physics So
lid State Physics (1959) pp.126) BNZobrinaand, LD
Dudkin, Soviet Physics Solid State Physics (1960) p
p.1668) K. Matsubara, T. Iyanaga, T. Tsubouchi, K. Kish
imoto and T. Koyanagi, American Institute of Physics
(1995) pp.226-229).

【0010】また、無機熱電材料としては、テルル化ビ
スマスなどのBi−(Te、Se)系、Si−Ge系、
Pb−Te系、GeTe−AgSbTe系、(Ca、S
r、Bi)Co系など、種々の材料が提案、研究
されている。
As the inorganic thermoelectric material, Bi- (Te, Se) -based materials such as bismuth telluride, Si-Ge-based materials,
Pb-Te system, GeTe-AgSbTe system, (Ca, S
Various materials such as r, Bi) Co 2 O 5 system have been proposed and studied.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】上述したような無機熱
電材料は、熱電特性の面では実用できるような高い材料
が発見されているが、加工が容易でないという欠点があ
る。
The above-mentioned inorganic thermoelectric materials have been found to be high in practical use in terms of thermoelectric characteristics, but have the drawback that they are not easily processed.

【0012】例えば、特開平8−32124号公報に
は、熱電変換素子を製造するためにインゴットを作製
し、インゴットを切断して直方体の熱電変換素子を製造
する方法が開示されているが、加工が容易ではなく、材
料ロスが大きく、切断時の割れやチッピングにより歩留
まりが低下すると考えられる。
For example, Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 8-32124 discloses a method of manufacturing an ingot for manufacturing a thermoelectric conversion element and cutting the ingot to manufacture a rectangular parallelepiped thermoelectric conversion element. However, it is considered that the material loss is large and the yield is reduced due to cracking and chipping during cutting.

【0013】一方、加工性が良好な有機熱電材料とし
て、ポリアニリンが研究されている。
On the other hand, polyaniline has been studied as an organic thermoelectric material having good workability.

【0014】また、有機熱電材料であるポリアニリンと
酸化バナジウムとからなる熱電材料が提案されており
(E.Lazaro, M,Bhamidipati, M.Aldissi and B.Dixon,
AD Rep, pp1-35(1998))、同じく有機熱電材料であるポ
リアニリンとNaFeP系ウィスカー、NaFeP系ナ
ノワイヤーからなる熱電材料が提案されている。(J.Wa
ng et al. 20th International Conference on Thermoe
lectrics, pp352-355(2001))。
Further, a thermoelectric material composed of polyaniline which is an organic thermoelectric material and vanadium oxide has been proposed (E. Lazaro, M, Bhamidipati, M. Aldissi and B. Dixon,
AD Rep, pp1-35 (1998)), a thermoelectric material composed of polyaniline which is also an organic thermoelectric material, NaFeP type whiskers, and NaFeP type nanowires has been proposed. (J.Wa
ng et al. 20th International Conference on Thermoe
lectrics, pp352-355 (2001)).

【0015】しかしながら、何れも熱電特性の面で無機
熱電材料に及ばないという問題がある。
However, none of them has a problem that they are inferior to the inorganic thermoelectric materials in terms of thermoelectric characteristics.

【0016】また、有機熱電材料に、銀、金、プラチナ
などの金属粉を分散させた熱電材料が提案されている
(米国特許5,973,050)。
A thermoelectric material in which a metal powder such as silver, gold or platinum is dispersed in an organic thermoelectric material has been proposed (US Pat. No. 5,973,050).

【0017】しかし、ここにおいて示されているのは、
ゼーベック係数がp型の熱電材料のみである。
However, what is shown here is
Only a thermoelectric material having a Seebeck coefficient of p type.

【0018】一般的に有機熱電材料を用いた場合にはp
型の熱電材料となるが、例えば、ペルチェ素子などを構
成する場合、同様な材質でn型の熱電材料が必要となる
ので、N型の熱電特性を示す熱電材料も提供することが
重要となる。
Generally, when an organic thermoelectric material is used, p
For example, when forming a Peltier element or the like, an n-type thermoelectric material made of the same material is required. Therefore, it is important to provide a thermoelectric material having N-type thermoelectric characteristics. .

【0019】本発明は上記のような事情に鑑み、加工性
と優れた熱電特性とを併せ持ち、用いる無機熱電材料の
特性に応じてn型の熱電特性も得ることができる新規な
熱電材料及び熱電素子並びに熱電材料の製造方法を提供
することを課題とする。
In view of the above circumstances, the present invention is a novel thermoelectric material and thermoelectric material which have both processability and excellent thermoelectric characteristics and can obtain n-type thermoelectric characteristics depending on the characteristics of the inorganic thermoelectric material used. An object is to provide a method for manufacturing an element and a thermoelectric material.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に種々研究を重ねた結果、所定の方法で有機熱電材料に
無機熱電材料をハイブリッド化することにより、加工性
の面では有機熱電材料のように優れ、熱電特性の面では
無機熱電材料のように優れ且つn型の熱電特性を示すも
のも得ることができるという新規な熱電材料が実現でき
ることを知見し、本発明を完成させた。
[Means for Solving the Problems] As a result of various researches for solving the above problems, as a result of hybridizing an organic thermoelectric material with an inorganic thermoelectric material by a predetermined method, the organic thermoelectric material is improved in workability. As a result, the inventors have found that a novel thermoelectric material that is excellent in terms of thermoelectric characteristics and that is excellent as an inorganic thermoelectric material and also exhibits n-type thermoelectric characteristics can be realized, and the present invention has been completed.

【0021】かかる本発明の第1の態様は、ポリアニリ
ン若しくはその誘導体、ポリピロール若しくはその誘導
体、ポリチオフェン若しくはその誘導体、ポリフェニレ
ンビニレン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリア
セン誘導体、及びこれらの材料の共重合体から選択され
た少なくとも一種である有機熱電材料と、Bi−(T
e、Se)系、Si−Ge系、Pb−Te系、GeTe
−AgSbTe系、(Co、Ir、Ru)−Sb系、
(Ca、Sr、Bi)Co系から選択される少な
くとも一種である無機熱電材料とが分散状態で一体化さ
れていることを特徴とする熱電材料にある。
The first aspect of the present invention is selected from polyaniline or a derivative thereof, polypyrrole or a derivative thereof, polythiophene or a derivative thereof, polyphenylene vinylene derivative, polyparaphenylene derivative, polyacene derivative, and a copolymer of these materials. At least one type of organic thermoelectric material, and Bi- (T
e, Se) system, Si-Ge system, Pb-Te system, GeTe
-AgSbTe system, (Co, Ir, Ru) -Sb system,
A thermoelectric material characterized by being integrated with at least one inorganic thermoelectric material selected from the group consisting of (Ca, Sr, Bi) Co 2 O 5 in a dispersed state.

【0022】本発明の第2の態様は、第1の態様におい
て、前記無機熱電材料が数百μmオーダー以下の粒径を
有すると共に、前記有機熱電材料が有機溶媒に溶解され
た溶液中に前記無機熱電材料が分散された分散液から前
記有機溶媒を除去することにより形成されたものである
ことを特徴とする熱電材料にある。
A second aspect of the present invention is the same as the first aspect, wherein the inorganic thermoelectric material has a particle size on the order of several hundreds μm or less, and the organic thermoelectric material is dissolved in an organic solvent. The thermoelectric material is formed by removing the organic solvent from a dispersion liquid in which the inorganic thermoelectric material is dispersed.

【0023】本発明の第3の態様は、第1又は2の態様
において、薄膜状に形成されていることを特徴とする熱
電材料にある。
A third aspect of the present invention is the thermoelectric material according to the first or second aspect, which is characterized in that it is formed into a thin film.

【0024】本発明の第4の態様は、第1〜3の何れか
の態様において、複数の薄膜が積層された多層膜のうち
の少なくとも一層に形成されていることを特徴とする熱
電材料にある。
A fourth aspect of the present invention is the thermoelectric material according to any one of the first to third aspects, characterized in that the thermoelectric material is formed in at least one layer of a multilayer film in which a plurality of thin films are laminated. is there.

【0025】本発明の第5の態様は、第1〜4の何れか
の態様において、前記無機熱電材料が微粒子状態で前記
有機熱電材料に相互に囲まれて分散されていることを特
徴とする熱電材料にある。
A fifth aspect of the present invention is characterized in that, in any one of the first to fourth aspects, the inorganic thermoelectric material is dispersed while being surrounded by the organic thermoelectric material in the form of fine particles. It is in thermoelectric material.

【0026】本発明の第6の態様は、第1〜5の何れか
の態様において、前記有機熱電材料の前記無機熱電材料
に対するモル比が、1/99以上であることを特徴とす
る熱電材料にある。
In a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, the molar ratio of the organic thermoelectric material to the inorganic thermoelectric material is 1/99 or more. It is in.

【0027】本発明の第7の態様は、第6の態様におい
て、前記有機熱電材料の前記無機熱電材料に対するモル
比が、1/99〜91/9であることを特徴とする熱電
材料にある。
A seventh aspect of the present invention is the thermoelectric material according to the sixth aspect, characterized in that the molar ratio of the organic thermoelectric material to the inorganic thermoelectric material is 1/99 to 91/9. .

【0028】本発明の第8の態様は、第1〜7の何れか
の態様において、熱処理されることにより一体化されて
いることを特徴とする熱電材料にある。
An eighth aspect of the present invention is the thermoelectric material according to any one of the first to seventh aspects, characterized in that the thermoelectric material is integrated by being heat treated.

【0029】本発明の第9の態様は、第8の態様におい
て、前記熱処理が50℃〜500℃で行われたことを特
徴とする熱電材料にある。
A ninth aspect of the present invention is the thermoelectric material according to the eighth aspect, wherein the heat treatment is performed at 50 ° C to 500 ° C.

【0030】本発明の第10の態様は、第1〜9の何れ
かの態様において、熱電性能指数ZTが0.02以上で
あることを特徴とする熱電材料にある。
A tenth aspect of the present invention is the thermoelectric material according to any one of the first to ninth aspects, characterized in that the thermoelectric figure of merit ZT is 0.02 or more.

【0031】本発明の第11の態様は、第1〜4の何れ
かの態様において、さらに、可塑剤が含有されており、
かつ前記無機熱電材料が微粒子状態で相互に密着した状
態で一体化されていることを特徴とする熱電材料にあ
る。
An eleventh aspect of the present invention is any one of the first to fourth aspects, further comprising a plasticizer,
In addition, the thermoelectric material is characterized in that the inorganic thermoelectric material is integrated in a state of being in the form of fine particles and in close contact with each other.

【0032】本発明の第12の態様は、第1〜4及び1
1の何れかの態様において、前記有機熱電材料1モルに
対して前記無機熱電材料が10〜70モルであることを
特徴とする熱電材料にある。
The twelfth aspect of the present invention relates to the first to fourth and first aspects.
In any one aspect of 1, the thermoelectric material is characterized in that the inorganic thermoelectric material is 10 to 70 moles with respect to 1 mole of the organic thermoelectric material.

【0033】本発明の第13の態様は、第11又は12
の態様において、前記可塑剤が、イオン性液体であるこ
とを特徴とする熱電材料にある。
The thirteenth aspect of the present invention is the eleventh or twelfth aspect.
In the embodiment, the thermoelectric material is characterized in that the plasticizer is an ionic liquid.

【0034】本発明の第14の態様は、第11〜13の
何れかの態様において、前記可塑剤が、前記有機熱電材
料1モルに対して0.01〜0.2モル含有されている
ことを特徴とする熱電材料にある。
In a fourteenth aspect of the present invention, in any one of the eleventh to thirteenth aspects, the plasticizer is contained in an amount of 0.01 to 0.2 mol based on 1 mol of the organic thermoelectric material. The thermoelectric material is characterized by.

【0035】本発明の第15の態様は、第1〜4、11
〜14の何れかの態様において、前記無機熱電材料が、
粒径50μm以下であることを特徴とする熱電材料にあ
る。
The fifteenth aspect of the present invention is the first to fourth and eleventh aspects.
In any one of the modes 1 to 14, the inorganic thermoelectric material is
A thermoelectric material having a particle size of 50 μm or less.

【0036】本発明の第16の態様は、第1〜4、11
〜15の何れかの態様において、前記無機熱電材料が、
チタネート系又はシラン系の表面処理剤で処理されてい
ることを特徴とする熱電材料ある。
The sixteenth aspect of the present invention is the first to fourth and eleventh aspects.
In any of the aspects 1 to 15, the inorganic thermoelectric material is
A thermoelectric material characterized by being treated with a titanate-based or silane-based surface treatment agent.

【0037】本発明の第17の態様は、第1〜16の何
れかの態様の熱電材料を用いたことを特徴とする熱電素
子にある。
A seventeenth aspect of the present invention is a thermoelectric element using the thermoelectric material according to any one of the first to sixteenth aspects.

【0038】本発明の第18の態様は、ポリアニリン若
しくはその誘導体、ポリピロール若しくはその誘導体、
ポリチオフェン若しくはその誘導体、ポリフェニレンビ
ニレン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリアセン
誘導体、及びこれらの材料の共重合体から選択された少
なくとも一種である有機熱電材料の少なくとも一部が溶
解した有機熱電材料溶液内に、Bi−(Te、Se)
系、Si−Ge系、Pb−Te系、GeTe−AgSb
Te系、(Co、Ir、Ru)−Sb系、(Ca、S
r、Bi)Co系から選択される少なくとも一種
である無機熱電材料を分散した分散溶液を塗布すること
により一層又は二層以上の多層の薄膜状の熱電材料を製
造することを特徴とする熱電材料の製造方法にある。
The eighteenth aspect of the present invention is to provide polyaniline or a derivative thereof, polypyrrole or a derivative thereof,
Polythiophene or a derivative thereof, a polyphenylene vinylene derivative, a polyparaphenylene derivative, a polyacene derivative, and an organic thermoelectric material solution in which at least a part of at least one organic thermoelectric material selected from a copolymer of these materials is dissolved, Bi- (Te, Se)
System, Si-Ge system, Pb-Te system, GeTe-AgSb
Te system, (Co, Ir, Ru) -Sb system, (Ca, S
r, Bi) A monolayer or multi-layered multi-layered thin film thermoelectric material is produced by applying a dispersion solution in which at least one inorganic thermoelectric material selected from the group consisting of Co 2 O 5 is dispersed. There is a method of manufacturing a thermoelectric material.

【0039】本発明の第19の態様は、第18の態様に
おいて、前記無機熱電材料が、50μm以下の粒径を有
することを特徴とする熱電材料の製造方法にある。
A nineteenth aspect of the present invention is the method for producing a thermoelectric material according to the eighteenth aspect, characterized in that the inorganic thermoelectric material has a particle size of 50 μm or less.

【0040】本発明の第20の態様は、第18又は19
の態様において、前記有機熱電材料1モルに対して前記
無機熱電材料が10〜70モルであることを特徴とする
熱電材料の製造方法にある。
The twentieth aspect of the present invention is the eighteenth or nineteenth aspect.
In the aspect, the thermoelectric material manufacturing method is characterized in that the inorganic thermoelectric material is 10 to 70 moles with respect to 1 mole of the organic thermoelectric material.

【0041】本発明の第21の態様は、第18〜20の
何れかの態様において、さらに、可塑剤が含有されてい
ることを特徴とする熱電材料の製造方法にある。
A twenty-first aspect of the present invention is the method for producing a thermoelectric material according to any one of the eighteenth to twentieth aspects, which further comprises a plasticizer.

【0042】本発明の第22の態様は、第21の態様に
おいて、前記可塑剤がイオン性液体であることを特徴と
する熱電材料の製造方法にある。
A twenty-second aspect of the present invention is the method for producing a thermoelectric material according to the twenty-first aspect, wherein the plasticizer is an ionic liquid.

【0043】本発明の第23の態様は、第21又は22
の態様において、前記可塑剤が、前記有機熱電材料1モ
ルに対して0.01〜0.2モル含有されていることを
特徴とする熱電材料の製造方法にある。
The twenty-third aspect of the present invention is the twenty-first or twenty-second aspect.
In one aspect, the plasticizer is contained in an amount of 0.01 to 0.2 mol with respect to 1 mol of the organic thermoelectric material, in the method for producing a thermoelectric material.

【0044】本発明の第24の態様は、第18〜23の
何れかの態様において、前記塗布がキャスティング、ス
ピンコート、及びディッピングから選択される方法によ
ることを特徴とする熱電材料の製造方法にある。
A twenty-fourth aspect of the present invention is the method for producing a thermoelectric material according to any one of the eighteenth to twenty-third aspects, characterized in that the coating is performed by a method selected from casting, spin coating and dipping. is there.

【0045】かかる本発明では、無機熱電材料の微粒子
を有機熱電材料に相互に囲まれた状態で分散されてハイ
ブリッド化されるためか、無機熱電材料の微粒子がバイ
ンダ的に配される有機高分子を介して電気的に導通した
状態で一体化され、加工性は有機高分子材料に近く、熱
電特性は無機熱電材料のように優れた熱電材料となり、
N型の熱電特性を示す熱電材料をも得ることができる。
In the present invention, the fine particles of the inorganic thermoelectric material are dispersed in a state of being surrounded by the organic thermoelectric material and are hybridized, probably because the fine particles of the inorganic thermoelectric material are arranged as a binder. It is integrated in the state of being electrically connected through, the workability is close to that of organic polymer material, and the thermoelectric property becomes excellent thermoelectric material like inorganic thermoelectric material,
It is also possible to obtain a thermoelectric material that exhibits N-type thermoelectric characteristics.

【0046】本発明で有機熱電材料は、導電性を有する
有機高分子であるが、無機材料の微粒子を電気的に導通
した状態で一体化できるものである。このように一体化
したハイブリッド材料は、有機熱電材料と無機熱電材料
とを微粒子状態で混合し、必要に応じて熱をかけた状態
でプレス成形することにより、又は、有機熱電材料を有
機溶媒に溶解した溶液に無機熱電材料の微粒子を均一に
分散させ、塗布後、溶媒を除去することにより製造でき
る。好ましくは、後者の方法で製造するのが望ましいの
で、有機熱電材料としては、有機溶媒に溶解するものが
好ましい。なお、有機熱電材料の代わりに導電性を有さ
ない有機高分子で、有機溶媒に溶解するものであれば使
用できる。なお、導電性を有さない有機高分子を用いた
場合には、無機熱電材料の微粒子間に存在する膜厚が薄
いところで部分的にnmオーダー以下である必要があ
る。
In the present invention, the organic thermoelectric material is an organic polymer having conductivity, but fine particles of an inorganic material can be integrated in an electrically conducting state. The hybrid material thus integrated is obtained by mixing the organic thermoelectric material and the inorganic thermoelectric material in a fine particle state and press-molding the mixture in a state where heat is applied as necessary, or the organic thermoelectric material is used in an organic solvent. It can be produced by uniformly dispersing fine particles of an inorganic thermoelectric material in a dissolved solution, applying the solution, and then removing the solvent. Preferably, the latter method is preferable, and therefore, the organic thermoelectric material is preferably one that dissolves in an organic solvent. Instead of the organic thermoelectric material, any organic polymer having no conductivity and soluble in an organic solvent can be used. When an organic polymer having no conductivity is used, it is necessary that the film thickness between the fine particles of the inorganic thermoelectric material is partly in the order of nm or less where the film thickness is small.

【0047】有機熱電材料としては、例えば、ポリアニ
リン若しくはその誘導体、ポリピロール若しくはその誘
導体、ポリチオフェン若しくはその誘導体、ポリフェニ
レンビニレン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリ
アセン誘導体、及びこれらの材料の共重合体などを挙げ
ることができ、特に、ポリアニリンやポリピロールが、
熱電特性に優れ、且つ溶媒に溶解するという点で好まし
い。なお、ポリチオフェン、ポリフェニレンビニレン、
ポリパラフェニレン、ポリアセンについては、溶媒に極
めて溶解し難いので、アルキル基、カルボン酸基、スル
ホン酸基、又はそのエステルなど導入した誘導体を用い
るのが好ましい。なお、これらの有機熱電材料は、必要
に応じて、リン酸、ナフタレンスルホン酸、トルエンス
ルホン酸、カンファースルホン酸などのドーパントをド
ーピングしたものである。
Examples of the organic thermoelectric material include polyaniline or its derivative, polypyrrole or its derivative, polythiophene or its derivative, polyphenylene vinylene derivative, polyparaphenylene derivative, polyacene derivative, and copolymers of these materials. , Especially polyaniline and polypyrrole,
It is preferable because it has excellent thermoelectric properties and is soluble in a solvent. In addition, polythiophene, polyphenylene vinylene,
Since polyparaphenylene and polyacene are extremely difficult to dissolve in a solvent, it is preferable to use a derivative having an alkyl group, a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, or an ester thereof introduced therein. Note that these organic thermoelectric materials are doped with a dopant such as phosphoric acid, naphthalene sulfonic acid, toluene sulfonic acid, camphor sulfonic acid, if necessary.

【0048】有機熱電材料を溶解する有機溶媒として
は、有機高分子を溶解するものであれば特に限定されな
い。例えば、ポリアニリンやポリピロールを用いる場合
には、N−メチルピロリドン(NMP)、ジメチルスル
ホキシド(DMSO)、ジメチルホルムアミド(DM
F)、m−クレゾール、トルエン、キシレンなどを用い
ることができ、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオ
フェン、ポリフェニレンビニレン、ポリパラフェニレ
ン、ポリアセンの誘導体を用いる場合には、さらに、ク
ロルベンゼン、クロロホルム、テトラヒドロフラン(T
HF)などを用いることができる。
The organic solvent that dissolves the organic thermoelectric material is not particularly limited as long as it dissolves the organic polymer. For example, when polyaniline or polypyrrole is used, N-methylpyrrolidone (NMP), dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DM
F), m-cresol, toluene, xylene and the like can be used, and when a derivative of polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyphenylene vinylene, polyparaphenylene, polyacene is used, chlorobenzene, chloroform, tetrahydrofuran (T
HF) or the like can be used.

【0049】このような有機熱電材料を有機溶媒に溶解
した溶液に無機熱電材料の微粒子を分散させた分散溶液
は、有機高分子に無機熱電材料の微粒子が相互に囲まれ
るためか、安定した状態で分散される。このような安定
した分散状態を得るためには、有機高分子の包囲力と、
無機熱電材料の有機高分子溶液への相溶性及び比重等が
影響し、安定した分散状態が得られるものを選択するの
が好ましい。
The dispersion solution in which the fine particles of the inorganic thermoelectric material are dispersed in the solution in which the organic thermoelectric material is dissolved in the organic solvent is in a stable state, probably because the fine particles of the inorganic thermoelectric material are surrounded by the organic polymer. Is dispersed in. In order to obtain such a stable dispersed state, the surrounding force of the organic polymer,
It is preferable to select a material which is influenced by the compatibility of the inorganic thermoelectric material with the organic polymer solution, the specific gravity, and the like and which can obtain a stable dispersed state.

【0050】このような相溶性のある材料を選択した場
合には、無機熱電材料は、数百μmオーダー程度の粒径
を有していればよいが、相溶性があまり良好でない場合
には、100μmないしnmオーダーの粒径とするのが
好ましい。
When such a compatible material is selected, the inorganic thermoelectric material may have a particle size of the order of several hundreds of μm, but when the compatibility is not so good, The particle size is preferably in the order of 100 μm to nm.

【0051】また、無機熱電材料の微粒子の分散を補助
するための添加剤、例えば、界面活性剤等を添加して分
散溶液とすることもできる。
It is also possible to add an additive for assisting the dispersion of the fine particles of the inorganic thermoelectric material, such as a surfactant, to prepare a dispersion solution.

【0052】このような分散溶液を用いると、薄膜状態
のハイブリッド熱電材料が容易に製造できる。すなわ
ち、有機高分子溶液内に無機熱電材料を分散した分散溶
液を塗布することにより、容易に薄膜状の熱電材料を製
造できる。
By using such a dispersion solution, a hybrid thermoelectric material in a thin film state can be easily produced. That is, a thin film thermoelectric material can be easily manufactured by applying a dispersion solution in which an inorganic thermoelectric material is dispersed in an organic polymer solution.

【0053】一方、本発明で用いることができる無機熱
電材料としては特に限定されず、従来から公知の又は今
後発見される無機熱電材料を用いることができ、例え
ば、Bi−(Te、Se)系、Si−Ge系、Pb−T
e系、GeTe−AgSbTe系、(Co、Ir、R
u)−Sb系、(Ca、Sr、Bi)Co系など
を挙げることができる。
On the other hand, the inorganic thermoelectric material that can be used in the present invention is not particularly limited, and conventionally known or later discovered inorganic thermoelectric materials can be used. For example, Bi- (Te, Se) -based materials can be used. , Si-Ge system, Pb-T
e system, GeTe-AgSbTe system, (Co, Ir, R
u) -Sb system, and the like (Ca, Sr, Bi) Co 2 O 5 system.

【0054】ここで、有機熱電材料の特性を顕著に発揮
させるためには、有機熱電材料の無機熱電材料に対する
モル比は、例えば、1/99以上となるようにする。1
/99未満では、有機高分子を用いた効果が顕著には発
揮できないと考えられるからである。特に、有機熱電材
料の無機熱電材料に対するモル比が、1/99〜91/
9の範囲となるように用いることができる。これによ
り、無機熱電材料の微粒子同士が電気的に導通できるた
めであり、また、有機熱電材料配合による高加工性とい
う利点を得ることができる。
Here, in order to remarkably exhibit the characteristics of the organic thermoelectric material, the molar ratio of the organic thermoelectric material to the inorganic thermoelectric material is set to, for example, 1/99 or more. 1
If it is less than / 99, it is considered that the effect of using the organic polymer cannot be remarkably exhibited. In particular, the molar ratio of the organic thermoelectric material to the inorganic thermoelectric material is 1/99 to 91 /
It can be used in a range of 9. This is because the fine particles of the inorganic thermoelectric material can be electrically conducted to each other, and the advantage of high workability due to the incorporation of the organic thermoelectric material can be obtained.

【0055】一方、有機熱電材料の特性は顕著には発揮
させないで、無機熱電材料の加工性のみを向上させる場
合には、有機熱電材料1モルに対して、無機熱電材料を
10〜70モル用いるのが好ましい。このような配合に
より調製した分散溶液は、塗布することにより容易に薄
膜状の熱電変換材料を製造することができる。
On the other hand, when the characteristics of the organic thermoelectric material are not remarkably exhibited and only the workability of the inorganic thermoelectric material is improved, 10 to 70 moles of the inorganic thermoelectric material are used with respect to 1 mole of the organic thermoelectric material. Is preferred. A thin film thermoelectric conversion material can be easily manufactured by applying the dispersion solution prepared by such a formulation.

【0056】また、この場合、可塑剤を用いて有機熱電
材料の溶解性を向上させるのが好ましい。可塑剤は特に
限定されないが、導電性も付加することができるので、
イオン性液体を用いるのが好ましい。
In this case, it is preferable to improve the solubility of the organic thermoelectric material by using a plasticizer. The plasticizer is not particularly limited, but since conductivity can be added,
It is preferable to use an ionic liquid.

【0057】ここで、イオン性液体とは、室温で液体で
ある溶融塩であり、常温溶融塩とも呼ばれるものであ
り、特に、融点が70℃以下、好ましくは30℃以下の
ものをいう。このようなイオン性液体は、蒸気圧がない
(不揮発性)、高耐熱性、不燃性、化学的安定である等
の特性を有する。
Here, the ionic liquid is a molten salt which is a liquid at room temperature, and is also called a room temperature molten salt, and particularly has a melting point of 70 ° C. or lower, preferably 30 ° C. or lower. Such an ionic liquid has properties such as no vapor pressure (nonvolatile), high heat resistance, nonflammability, and chemical stability.

【0058】イオン性液体は、例えば、イミダゾリウム
イオンなどの環状アミジンイオン、ピリジニウムイオ
ン、アンモニウムイオン、スルホニウムイオン、ホスホ
ニウムイオンなどの有機カチオンを陽イオンとするもの
である。陰イオンとしては、AlCl -、AlCl
-、NO -、BF -、PF -、CHCOO-、C
COO-、CFSO -、(CFSO
-、(CFSO-などを挙げることができ
る。また、さらに具体的な例としては、下記式に表され
る有機カチオンと、下記式で表される対アニオンとの組
み合わせからなるものを挙げることができる。
The ionic liquid is, for example, imidazolium.
Cyclic amidine ion such as ion, pyridinium ion
Ion, ammonium ion, sulfonium ion, phospho
Using organic cations such as nickel ions as cations
Is. As the anion, AlClFour -, AlTwoCl
7 -, NOThree -, BFFour -, PF6 -, CHThreeCOO-, C
F ThreeCOO-, CFThreeSOThree -, (CFThreeSOTwo)
TwoN-, (CFThreeSOTwo)ThreeC-Can be mentioned
It In addition, as a more specific example,
A combination of an organic cation and a counter anion represented by the following formula
We can mention the ones made from a combination.

【0059】[0059]

【化1】 [Chemical 1]

【0060】[0060]

【化2】 [Chemical 2]

【0061】本発明では、有機熱電材料と相溶性を有す
るイオン性液体を用いればよく、特に限定されない。ま
た、かかるイオン性液体の使用量も限定されないが、有
機熱電材料1モルに対して0.01〜0.2モル程度用
いることができる。
In the present invention, an ionic liquid compatible with the organic thermoelectric material may be used, and there is no particular limitation. Although the amount of the ionic liquid used is not limited, it can be used in an amount of about 0.01 to 0.2 mol per mol of the organic thermoelectric material.

【0062】このように本発明では、有機熱電材料溶液
に無機熱電材料の微粒子を分散させた分散溶液を用い、
従来、無機熱電材料ではできない薄膜状の形態を容易に
実現できる。また、このような薄膜化により、同一の薄
膜を積層した多層膜、あるいは、有機熱電材料とハイブ
リッド材料とを交互に積層した多層膜、有機熱電材料に
ドーピングを施した有機熱電材料膜又はハイブリッド
膜、ドーピングを施さない有機熱電材料膜又はハイブリ
ッド膜などを相互に組み合わせた多層膜など、種々の構
成が実現できる。
As described above, in the present invention, the dispersion solution in which the fine particles of the inorganic thermoelectric material are dispersed in the organic thermoelectric material solution is used,
Conventionally, it is possible to easily realize a thin film form that cannot be obtained by the inorganic thermoelectric material. Further, by such thinning, a multilayer film in which the same thin films are laminated, a multilayer film in which an organic thermoelectric material and a hybrid material are alternately laminated, an organic thermoelectric material film or a hybrid film in which an organic thermoelectric material is doped Various configurations such as a multilayer film in which an organic thermoelectric material film without doping or a hybrid film are combined with each other can be realized.

【0063】このような薄膜を形成する方法としては、
特に限定されないが、例えば、キャスティング、スピン
コート、ディッピングなどを挙げることができる。
As a method for forming such a thin film,
Although not particularly limited, casting, spin coating, dipping and the like can be cited as examples.

【0064】また、このような方法により塗布した後に
は、乾燥することにより有機溶媒を除去すれば薄膜を得
ることができるが、場合によっては、その後、熱処理を
行ってもよい。かかる熱処理は、例えば、50℃〜12
00℃、好ましくは50℃〜500℃で行う。
A thin film can be obtained by removing the organic solvent by drying after coating by such a method, but in some cases, heat treatment may be performed thereafter. Such heat treatment is performed at, for example, 50 ° C to 12
It is carried out at 00 ° C, preferably 50 ° C to 500 ° C.

【0065】このような熱処理により、有機高分子が焼
成あるいは消失し、場合によっては無機熱電材料の結晶
構造が変化する可能性があり、これによって、熱電材料
が緻密化され、熱電特性が向上される。
By such heat treatment, the organic polymer may be burned or lost, and the crystal structure of the inorganic thermoelectric material may be changed depending on the case, whereby the thermoelectric material is densified and the thermoelectric characteristics are improved. It

【0066】以上説明した本発明によると、従来の有機
熱電材料では容易には実現できない、熱電性能指数ZT
が0.02以上である熱電材料を実現でき、加工性が良
好であり、無機熱電材料では実現できない薄膜が実現で
きるので、新しい熱電材料として有望である。
According to the present invention described above, the thermoelectric figure of merit ZT, which cannot be easily realized by the conventional organic thermoelectric material, is used.
Of 0.02 or more can be realized, the workability is good, and a thin film that cannot be realized by an inorganic thermoelectric material can be realized, and thus it is promising as a new thermoelectric material.

【0067】また、本発明の熱電材料を用いることによ
り、良好な熱電特性を具備する熱電素子を容易に製造す
ることができ、ゼーベック効果による熱電発電や、ペル
チェ効果による電子冷却等のいわゆる熱電変換(可動部
の無いエネルギーの直接変換)に利用できる。
Further, by using the thermoelectric material of the present invention, a thermoelectric element having good thermoelectric characteristics can be easily manufactured, and so-called thermoelectric conversion such as thermoelectric power generation by the Seebeck effect and electronic cooling by the Peltier effect can be performed. It can be used for (direct conversion of energy without moving parts).

【0068】[0068]

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例に基づいて
説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described below based on Examples.

【0069】(実施例1)ポリアニリン(PANi)
0.505gと、カンファースルホン酸(CSA)0.
586gとをめのう乳鉢で良く混合し、これをスクリュ
ウ管に移し、m−クレゾール24.835gを加え、超
音波処理(50℃,4h)後、遠心分離をかけて導電性
ポリアニリン溶液を得た。この溶液にモル比でPANi
/BiTe =1/1になるようにテルル化ビスマス
(めのう乳鉢で5分磨り潰したもの)を加えめのう乳鉢
で良く混合し、シリコンウエハーの基板上にキャストし
た。このキャスト膜を真空乾燥(60℃,一晩)した。
この膜をSEMで観察するとテルル化ビスマスが均一に
分散したち密な膜であった。
Example 1 Polyaniline (PANi)
0.505 g and camphor sulfonic acid (CSA) 0.
Mix 586 g well in an agate mortar and screw this.
Transfer to a tube and add 24.835 g of m-cresol,
After sonication (50 ° C, 4h), centrifuge to conduct electricity
A polyaniline solution was obtained. This solution has a molar ratio of PANi
/ BiTwoTe ThreeBismuth telluride to be 1/1
Add (agate mortar and mashed for 5 minutes) and add agate mortar
Mix well and cast on a silicon wafer substrate
It was The cast film was vacuum dried (60 ° C., overnight).
When this film is observed by SEM, the bismuth telluride becomes uniform.
It was a dense and dispersed film.

【0070】(実施例2)PANi/BiTe=1
/3.2とした以外は、実施例1と同様にしてハイブリ
ッド膜を形成した。この膜をSEMで観察するとテルル
化ビスマスが均一に分散したち密な膜であった。
(Example 2) PANi / Bi 2 Te 3 = 1
A hybrid film was formed in the same manner as in Example 1 except that /3.2 was used. When this film was observed by SEM, it was a dense film in which bismuth telluride was uniformly dispersed.

【0071】(実施例3)実施例2の膜をさらに、次の
条件で熱処理した。
Example 3 The film of Example 2 was further heat treated under the following conditions.

【0072】試料をセットし、10分窒素を流した後、
窒素中(200mL/min)で室温から500℃まで
5℃/minで昇温し、500℃で30分間保持した。
そのあと室温まで自然冷却した。このように熱処理した
膜をSEMで観察すると膜の形状には変化がなかった。
After setting the sample and flowing nitrogen for 10 minutes,
The temperature was raised from room temperature to 500 ° C. at 5 ° C./min in nitrogen (200 mL / min), and the temperature was kept at 500 ° C. for 30 minutes.
Then, it was naturally cooled to room temperature. When the film thus heat-treated was observed by SEM, the shape of the film was not changed.

【0073】(試験例1)実施例2及び3のハイブリッ
ド膜を熱起電力測定装置にセットし、その熱電特性を測
定した。その結果、何れもn型の熱電特性を示し、実施
例3の熱処理後の膜は、導電率がほとんど変わらない
が、ゼーベック係数が飛躍的に増加した。
(Test Example 1) The hybrid films of Examples 2 and 3 were set in a thermoelectromotive force measuring device, and their thermoelectric properties were measured. As a result, all exhibited n-type thermoelectric properties, and although the conductivity of the film after the heat treatment of Example 3 was hardly changed, the Seebeck coefficient was dramatically increased.

【0074】また、図1に示す通り、その物理的内部因
子TPF(Sσ)は、熱処理前に比べはるかに高く、
また、その熱電性能指数ZTはテルル化ビスマスがドー
プされていないにもかかわらず最大で0.2に達した。
Further, as shown in FIG. 1, the physical internal factor TPF (S 2 σ) is much higher than that before the heat treatment,
Further, the thermoelectric figure of merit ZT reached a maximum of 0.2 even though it was not doped with bismuth telluride.

【0075】(実施例4)ポリアニリン(PANi)
0.030gと、カンファースルホン酸(CSA)0.
035gとをめのう乳鉢でよく混合し、これをスクリュ
ウ管に移し、m−クレゾール0.63g、EMITFS
I0.012gとを加え、超音波処理(50℃、3h)
後、ポリアニリン溶液を得た。この溶液0.032g
に、Co0.9Pt0.1Sbを0.263g添加
し、混合した。これをセラミックス板に塗布することに
より、サンプルを作製した。
Example 4 Polyaniline (PANi)
0.030 g and camphor sulfonic acid (CSA) 0.
Mix well with 035g in agate mortar, transfer to a screw tube, m-cresol 0.63g, EMITFS
I 0.012g and ultrasonic treatment (50 ° C, 3h)
After that, a polyaniline solution was obtained. 0.032g of this solution
To the above, 0.263 g of Co 0.9 Pt 0.1 Sb 3 was added and mixed. A sample was prepared by applying this to a ceramic plate.

【0076】なお、ここにおいて、PANi、EMIT
FSI、Co0.9Pt0.1Sb のモル比は、PA
Ni:EMITFSI:Co0.9Pt0.1Sb
1:0.09:41.6となる。
In this case, PANi, EMI
FSI, Co0.9Pt0.1Sb ThreeThe molar ratio of PA
Ni: EMITFSI: Co0.9Pt0.1SbThree=
It becomes 1: 0.09: 41.6.

【0077】(実施例5)実施例4の導電ポリアニリン
溶液0.013gに、Co0.9Pt0.1Sb
0.144g添加し、混合した。これをセラミックス板
に塗布することにより、サンプルを作製した。
(Example 5) Conductive polyaniline of Example 4
To 0.013 g of the solution, Co0.9Pt0.1Sb ThreeTo
0.144g was added and mixed. This is a ceramic plate
To prepare a sample.

【0078】なお、ここにおいて、PANi、EMIT
FSI、Co0.9Pt0.1Sb のモル比は、PA
Ni:EMITFSI:Co0.9Pt0.1Sb
1:0.09:62.5となる。
In this case, PANi, EMI
FSI, Co0.9Pt0.1Sb ThreeThe molar ratio of PA
Ni: EMITFSI: Co0.9Pt0.1SbThree=
It becomes 1: 0.09: 62.5.

【0079】(比較例1)ポリアニリン(PANi)
0.025gと、カンファースルホン酸(CSA)0.
029gとをめのう乳鉢でよく混合し、これをスクリュ
ウ管に移し、m−クレゾール2.48gを加え、超音波
処理(50℃、3h)後、ポリアニリン溶液を得た。溶
媒を除去することにより得られたフィルムを試験サンプ
ルとした。
Comparative Example 1 Polyaniline (PANi)
0.025 g and camphor sulfonic acid (CSA) 0.
The mixture was thoroughly mixed with 029 g in an agate mortar, transferred to a screw tube, 2.48 g of m-cresol was added, and ultrasonic treatment (50 ° C., 3 h) was performed to obtain a polyaniline solution. The film obtained by removing the solvent was used as a test sample.

【0080】(比較例2)ポリアニリン(PANi)
0.051gと、カンファースルホン酸(CSA)0.
059gとをめのう乳鉢でよく混合し、これをスクリュ
ウ管に移し、m−クレゾール2.48g、EMITFS
I0.02gとを加え、超音波処理(50℃、3h)
後、ポリアニリン溶液を得た。溶媒を除去することによ
り得られたフィルムを試験サンプルとした。
Comparative Example 2 Polyaniline (PANi)
0.051 g and camphor sulfonic acid (CSA) 0.
Mix well with 059 g in an agate mortar, transfer to a screw tube, 2.48 g of m-cresol, EMITFS
I0.02g and ultrasonic treatment (50 ° C, 3h)
After that, a polyaniline solution was obtained. The film obtained by removing the solvent was used as a test sample.

【0081】なお、ここにおいて、PANi、EMIT
FSIのモル比は、PANi:EMITFSI=1:
0.09となる。
In this case, PANi, EMI
The FSI molar ratio is PANi: EMITFSI = 1: 1.
It becomes 0.09.

【0082】(比較例3)比較例1で得られたポリアニ
リン溶液0.103gに、Co0.9Pt0.1Sb
を0.098g添加し、混合した。これをセラミックス
板に塗布することにより、サンプルを作製した。
(Comparative Example 3) Co 0.9 Pt 0.1 Sb 3 was added to 0.103 g of the polyaniline solution obtained in Comparative Example 1.
0.098 g was added and mixed. A sample was prepared by applying this to a ceramic plate.

【0083】なお、ここにおいて、PANi、Co
0.9Pt0.1Sbのモル比は、PANi:Co
0.9Pt0.1Sb=1:20.4となる。
In this case, PANi, Co
The molar ratio of 0.9 Pt 0.1 Sb 3 is PANi: Co.
It becomes 0.9 Pt 0.1 Sb 3 = 1: 20.4.

【0084】(比較例4)比較例1で得られたポリアニ
リン溶液0.055gに、Co0.9Pt0.1Sb
を0.105g添加し、混合した。これをセラミックス
板に塗布することにより、サンプルを作製した。
(Comparative Example 4) Co 0.9 Pt 0.1 Sb 3 was added to 0.055 g of the polyaniline solution obtained in Comparative Example 1.
0.105 g was added and mixed. A sample was prepared by applying this to a ceramic plate.

【0085】なお、ここにおいて、PANi、Co
0.9Pt0.1Sbのモル比は、PANi:Co
0.9Pt0.1Sb=1:41.0となる。
In this case, PANi, Co
The molar ratio of 0.9 Pt 0.1 Sb 3 is PANi: Co.
It becomes 0.9 Pt 0.1 Sb 3 = 1: 41.0.

【0086】(比較例5)無機熱電材料として、Co
0.9Pt0.1Sbのバルクを比較例5のサンプル
として用いた。
(Comparative Example 5) As an inorganic thermoelectric material, Co was used.
A bulk of 0.9 Pt 0.1 Sb 3 was used as a sample for Comparative Example 5.

【0087】(比較例6)無機熱電材料として、比較例
5のCo0.9Pt0.1Sbのバルクを粉砕後、ハ
ンディプレスにてペレット状に成形したものを比較例6
のサンプルとして用いた。
(Comparative Example 6) As an inorganic thermoelectric material, a bulk of Co 0.9 Pt 0.1 Sb 3 of Comparative Example 5 was crushed and then molded into a pellet by a handy press.
Used as a sample.

【0088】(試験例2)実施例4及び5のサンプル、
比較例1〜6のサンプルを熱電測定装置にセットし、そ
のゼーベック係数を測定した。その結果を図2に示す。
(Test Example 2) Samples of Examples 4 and 5,
The samples of Comparative Examples 1 to 6 were set in a thermoelectric measuring device, and the Seebeck coefficient thereof was measured. The result is shown in FIG.

【0089】また、実施例4及び5、比較例1〜6の加
工性を、塗布法により薄膜が形成できるものを○、でき
ないものを×として評価した。この結果を表1に示す。
The workability of Examples 4 and 5 and Comparative Examples 1 to 6 was evaluated as ◯ when a thin film could be formed by the coating method and as x when it could not be formed. The results are shown in Table 1.

【0090】この結果、図2に示すように、実施例4、
5、即ち、有機熱電材料に対し、無機熱電材料とイオン
性液体とを混入した試験サンプルは、何れもn型の熱電
特性を示し、比較例1:有機熱電材料のみからなるサン
プル、比較例2:有機熱電材料にイオン性液体のみを添
加したサンプル、比較例3、4:有機熱電材料に無機熱
電材料のみを添加したサンプルと比較すると、比較例
5、6:無機熱電材料のみからなるサンプルに近いゼー
ベック係数を示すことが明らかになった。
As a result, as shown in FIG.
5, that is, the test samples in which the inorganic thermoelectric material and the ionic liquid were mixed in the organic thermoelectric material all showed n-type thermoelectric characteristics, and Comparative Example 1: a sample made of only the organic thermoelectric material, Comparative Example 2 : Compared with a sample in which only an ionic liquid is added to an organic thermoelectric material, Comparative Examples 3 and 4: a sample in which only an inorganic thermoelectric material is added to an organic thermoelectric material, Comparative Examples 5 and 6: a sample including only an inorganic thermoelectric material It has become clear that it shows a close Seebeck coefficient.

【0091】また、実施例4、5は、有機熱電材料を含
有しているため、比較例5、6のような無機熱電材料の
みからなるサンプルと比較して加工性が優れていること
がわかった。
Further, since Examples 4 and 5 contained the organic thermoelectric material, they were found to be excellent in workability as compared with the samples made of only the inorganic thermoelectric material such as Comparative Examples 5 and 6. It was

【0092】このように、有機熱電材料に無機熱電材料
とイオン性液体を加えることにより、大きいゼーベック
係数と高い加工性を併せ持つ熱電材料を得ることができ
た。
Thus, by adding the inorganic thermoelectric material and the ionic liquid to the organic thermoelectric material, a thermoelectric material having a large Seebeck coefficient and high processability could be obtained.

【0093】[0093]

【表1】 [Table 1]

【0094】[0094]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
有機熱電材料と無機熱電材料とをハイブリッド化して有
機熱電材料の加工性と無機熱電材料の熱電特性とを併せ
持つと共に無機熱電材料の特性に応じてn型の熱電特性
も得ることができる新規な熱電材料が実現できるという
効果を奏する。
As described above, according to the present invention,
A novel thermoelectric material that hybridizes an organic thermoelectric material and an inorganic thermoelectric material to have both the processability of the organic thermoelectric material and the thermoelectric characteristics of the inorganic thermoelectric material and also obtains n-type thermoelectric characteristics according to the characteristics of the inorganic thermoelectric material. The material can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例2及び3の物理的内部因子TP
F及び熱電性能指数ZTを示すグラフである。
FIG. 1 is a physical intrinsic factor TP of Examples 2 and 3 of the present invention.
It is a graph which shows F and thermoelectric figure of merit ZT.

【図2】本発明の実施例4及び5、比較例1〜6のゼー
ベック係数を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing Seebeck coefficients of Examples 4 and 5 of the present invention and Comparative Examples 1 to 6.

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 35/34 H01L 35/34 H02N 11/00 H02N 11/00 A (72)発明者 亀井 恒輔 愛媛県新居浜市中村2丁目2438−5 (72)発明者 津幡 晃徳 神奈川県横浜市鶴見区尻手2丁目3番6号 北辰工業株式会社内 (72)発明者 徳田 隆 神奈川県横浜市鶴見区尻手2丁目3番6号 北辰工業株式会社内 Fターム(参考) 4J002 CE001 CM011 CM021 CN001 DC006 DE096 FD206 GQ00Front page continuation (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01L 35/34 H01L 35/34 H02N 11/00 H02N 11/00 A (72) Inventor Kosuke Kamei Nakamura, Niihama, Ehime Prefecture 2-chome 2438-5 (72) Inventor Akinori Tsubata 2-3-6, Shirute, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Kitatsunaga Kogyo Co., Ltd. (72) Takashi Tokuda 2-3-6, Shirute, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Issue Hokushin Kogyo Co., Ltd. F-term (reference) 4J002 CE001 CM011 CM021 CN001 DC006 DE096 FD206 GQ00

Claims (24)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ポリアニリン若しくはその誘導体、ポリ
ピロール若しくはその誘導体、ポリチオフェン若しくは
その誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリパラ
フェニレン誘導体、ポリアセン誘導体、及びこれらの材
料の共重合体から選択された少なくとも一種である有機
熱電材料と、Bi−(Te、Se)系、Si−Ge系、
Pb−Te系、GeTe−AgSbTe系、(Co、I
r、Ru)−Sb系、(Ca、Sr、Bi)Co
系から選択される少なくとも一種である無機熱電材料と
が分散状態で一体化されていることを特徴とする熱電材
料。
1. An organic thermoelectric material which is at least one selected from polyaniline or a derivative thereof, polypyrrole or a derivative thereof, polythiophene or a derivative thereof, polyphenylene vinylene derivative, polyparaphenylene derivative, polyacene derivative, and a copolymer of these materials. Material, Bi- (Te, Se) system, Si-Ge system,
Pb-Te system, GeTe-AgSbTe system, (Co, I
r, Ru) -Sb system, (Ca, Sr, Bi) Co 2 O 5
A thermoelectric material, characterized in that it is integrated with at least one inorganic thermoelectric material selected from the system in a dispersed state.
【請求項2】 請求項1において、前記無機熱電材料が
数百μmオーダー以下の粒径を有すると共に、前記有機
熱電材料が有機溶媒に溶解された溶液中に前記無機熱電
材料が分散された分散液から前記有機溶媒を除去するこ
とにより形成されたものであることを特徴とする熱電材
料。
2. The dispersion according to claim 1, wherein the inorganic thermoelectric material has a particle size of several hundreds μm order or less, and the inorganic thermoelectric material is dispersed in a solution in which the organic thermoelectric material is dissolved in an organic solvent. A thermoelectric material, which is formed by removing the organic solvent from a liquid.
【請求項3】 請求項1又は2において、薄膜状に形成
されていることを特徴とする熱電材料。
3. The thermoelectric material according to claim 1, which is formed in a thin film shape.
【請求項4】 請求項1〜3の何れかにおいて、複数の
薄膜が積層された多層膜のうちの少なくとも一層に形成
されていることを特徴とする熱電材料。
4. The thermoelectric material according to claim 1, wherein the thermoelectric material is formed on at least one layer of a multilayer film in which a plurality of thin films are laminated.
【請求項5】 請求項1〜4の何れかにおいて、前記無
機熱電材料が微粒子状態で前記有機熱電材料に相互に囲
まれて分散されていることを特徴とする熱電材料。
5. The thermoelectric material according to claim 1, wherein the inorganic thermoelectric material is dispersed in a fine particle state so as to be surrounded by the organic thermoelectric material.
【請求項6】 請求項1〜5の何れかにおいて、前記有
機熱電材料の前記無機熱電材料に対するモル比が、1/
99以上であることを特徴とする熱電材料。
6. The molar ratio of the organic thermoelectric material to the inorganic thermoelectric material according to any one of claims 1 to 5,
A thermoelectric material characterized by being 99 or more.
【請求項7】 請求項6において、前記有機熱電材料の
前記無機熱電材料に対するモル比が、1/99〜91/
9であることを特徴とする熱電材料。
7. The molar ratio of the organic thermoelectric material to the inorganic thermoelectric material according to claim 6, wherein the molar ratio is 1/99 to 91 /
9. A thermoelectric material characterized by being 9.
【請求項8】 請求項1〜7の何れかにおいて、熱処理
されることにより一体化されていることを特徴とする熱
電材料。
8. The thermoelectric material according to claim 1, which is integrated by being heat treated.
【請求項9】 請求項8において、前記熱処理が50℃
〜500℃で行われたことを特徴とする熱電材料。
9. The heat treatment according to claim 8, wherein the heat treatment is 50 ° C.
A thermoelectric material, characterized in that it was performed at ˜500 ° C.
【請求項10】 請求項1〜9の何れかにおいて、熱電
性能指数ZTが0.02以上であることを特徴とする熱
電材料。
10. The thermoelectric material according to claim 1, which has a thermoelectric figure of merit ZT of 0.02 or more.
【請求項11】 請求項1〜4の何れかにおいて、さら
に、可塑剤が含有されており、かつ前記無機熱電材料が
微粒子状態で相互に密着した状態で一体化されているこ
とを特徴とする熱電材料。
11. The method according to any one of claims 1 to 4, further comprising a plasticizer, and the inorganic thermoelectric materials are integrated in a state of being in close contact with each other in a fine particle state. Thermoelectric material.
【請求項12】 請求項1〜4及び11の何れかにおい
て、前記有機熱電材料1モルに対して前記無機熱電材料
が10〜70モルであることを特徴とする熱電材料。
12. The thermoelectric material according to any one of claims 1 to 4 and 11, wherein the inorganic thermoelectric material is 10 to 70 moles with respect to 1 mole of the organic thermoelectric material.
【請求項13】 請求項11又は12において、前記可
塑剤が、イオン性液体であることを特徴とする熱電材
料。
13. The thermoelectric material according to claim 11 or 12, wherein the plasticizer is an ionic liquid.
【請求項14】 請求項11〜13の何れかにおいて、
前記可塑剤が、前記有機熱電材料1モルに対して0.0
1〜0.2モル含有されていることを特徴とする熱電材
料。
14. The method according to any one of claims 11 to 13,
The plasticizer is 0.0 with respect to 1 mol of the organic thermoelectric material.
A thermoelectric material containing 1 to 0.2 mol.
【請求項15】 請求項1〜4、11〜14の何れかに
おいて、前記無機熱電材料が、粒径50μm以下である
ことを特徴とする熱電材料。
15. The thermoelectric material according to any one of claims 1 to 4 and 11 to 14, wherein the inorganic thermoelectric material has a particle size of 50 μm or less.
【請求項16】 請求項1〜4、11〜15の何れかに
おいて、前記無機熱電材料が、チタネート系又はシラン
系の表面処理剤で処理されていることを特徴とする熱電
材料。
16. The thermoelectric material according to any one of claims 1 to 4 and 11 to 15, wherein the inorganic thermoelectric material is treated with a titanate-based or silane-based surface treatment agent.
【請求項17】 請求項1〜16の何れかの熱電材料を
用いたことを特徴とする熱電素子。
17. A thermoelectric element comprising the thermoelectric material according to claim 1.
【請求項18】 ポリアニリン若しくはその誘導体、ポ
リピロール若しくはその誘導体、ポリチオフェン若しく
はその誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリパ
ラフェニレン誘導体、ポリアセン誘導体、及びこれらの
材料の共重合体から選択された少なくとも一種である有
機熱電材料の少なくとも一部が溶解した有機熱電材料溶
液内に、Bi−(Te、Se)系、Si−Ge系、Pb
−Te系、GeTe−AgSbTe系、(Co、Ir、
Ru)−Sb系、(Ca、Sr、Bi)Co系か
ら選択される少なくとも一種である無機熱電材料を分散
した分散溶液を塗布することにより一層又は二層以上の
多層の薄膜状の熱電材料を製造することを特徴とする熱
電材料の製造方法。
18. An organic thermoelectric material which is at least one selected from polyaniline or its derivative, polypyrrole or its derivative, polythiophene or its derivative, polyphenylene vinylene derivative, polyparaphenylene derivative, polyacene derivative, and a copolymer of these materials. In the organic thermoelectric material solution in which at least a part of the material is dissolved, Bi- (Te, Se) system, Si-Ge system, Pb
-Te system, GeTe-AgSbTe system, (Co, Ir,
Ru) -Sb system and (Ca, Sr, Bi) Co 2 O 5 system, at least one kind of inorganic thermoelectric material is dispersed to apply a dispersion solution to form a single layer or a multi-layered thin film of two or more layers. A method for producing a thermoelectric material, which comprises producing a thermoelectric material.
【請求項19】 請求項18において、前記無機熱電材
料が、50μm以下の粒径を有することを特徴とする熱
電材料の製造方法。
19. The method for producing a thermoelectric material according to claim 18, wherein the inorganic thermoelectric material has a particle diameter of 50 μm or less.
【請求項20】 請求項18又は19において、前記有
機熱電材料1モルに対して前記無機熱電材料が10〜7
0モルであることを特徴とする熱電材料の製造方法。
20. The inorganic thermoelectric material according to claim 18 or 19, wherein 1 mol of the organic thermoelectric material contains 10 to 7 parts of the inorganic thermoelectric material.
A method for producing a thermoelectric material, characterized in that the amount is 0 mol.
【請求項21】 請求項18〜20の何れかにおいて、
さらに、可塑剤が含有されていることを特徴とする熱電
材料の製造方法。
21. In any one of claims 18 to 20,
Furthermore, the manufacturing method of the thermoelectric material characterized by containing a plasticizer.
【請求項22】 請求項21において、前記可塑剤がイ
オン性液体であることを特徴とする熱電材料の製造方
法。
22. The method for manufacturing a thermoelectric material according to claim 21, wherein the plasticizer is an ionic liquid.
【請求項23】 請求項21又は22において、前記可
塑剤が、前記有機熱電材料1モルに対して0.01〜
0.2モル含有されていることを特徴とする熱電材料の
製造方法。
23. The plasticizer according to claim 21, wherein the plasticizer is 0.01 to 1 mol with respect to 1 mol of the organic thermoelectric material.
A method for producing a thermoelectric material, which comprises 0.2 mol.
【請求項24】 請求項18〜23の何れかにおいて、
前記塗布が、キャスティング、スピンコート、及びディ
ッピングから選択される方法によることを特徴とする熱
電材料の製造方法。
24. In any one of claims 18 to 23,
The method for producing a thermoelectric material, wherein the coating is performed by a method selected from casting, spin coating, and dipping.
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