JP2010123885A - 熱電モジュール及び該熱電モジュールを用いた発電方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】熱電素子及び当該素子の接続電極を一対の支持基板間に有する熱電モジュール本体を備え、カーボンナノチューブを含むゲル状組成物を一方の支持基板の表面に接触させた、熱電モジュール。
【選択図】図3a
Description
L. E. Bell, Science 321, 1457-1461 (2008)
(A)熱電素子及び当該素子の接続電極を一対の支持基板間に有する熱電モジュール本体を備え、カーボンナノチューブを含むゲル状組成物を一方の支持基板の表面に接触させた、熱電モジュール。
当該熱電モジュールは、以下のものを含む。
(A−1)カーボンナノチューブを含むゲル状組成物が、タンパク質−ポリエチレングリコール−リン脂質コンジュゲートをカーボンナノチューブに吸着させた複合体及びポリアクリルアミドからなる、(A)に記載の熱電モジュール。
(A−2)タンパク質−ポリエチレングリコール−リン脂質コンジュゲートにおけるタンパク質が、リゾチームである、(A−1)に記載の熱電モジュール。
(A−3)カーボンナノチューブを含むゲル状組成物が、イオン液体及びカーボンナノチューブからなる、(A)に記載の熱電モジュール。
(A−4)イオン液体が、1-n-ブチル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロリン酸、1-n-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロリン酸、1-n-オクチル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロリン酸、及び1-n-ブチル-3-メチルイミダゾリウムビスビス(トリフリルメチルスルホニル)イミド酸からなる群より選ばれる少なくとも1種である、(A−3)に記載の熱電モジュール。
(A−5)カーボンナノチューブを含むゲル状組成物の厚みが、0.3mm〜2.0mmである、(A)、(A−1)〜(A−4)のいずれかに記載の熱電モジュール。
(B)(A)、(A−1)〜(A−5)のいずれかに記載の熱電モジュールの支持基板に接触したカーボンナノチューブを含むゲル状組成物に光を吸収させ、該熱電モジュールで発電する方法。
なお、光としては、可視領域から赤外線領域までの広い波長領域の光を用いることができる。
LYZ-PEG-PL-SWNT(リゾチーム−ポリエチレングリコール−リン脂質コンジュゲートが単層カーボンナノチューブに吸着したもの;コンジュゲートCNTの1例)を次のようにして合成した。
40% acrylamide(AA)/ N,N’-methylenebisacrylamide(BIS)水溶液(19:1)(0.5 mL)(Nacalai Tesque)をLYZ-PEG-PL-SWNT水溶液(1 mL; 各濃度)に加えた。本溶液(1.5 mL)に10% ammonium persulfate(APS)水溶液(10 μL)(Bio-Rad Laboratories)とN,N,N’,N’-tetramethylethylenediamine(TEMED)(10 μL)(wako)を加えた。ハイドロゲルのフリーラジカル重合は、PMMAセル(Tokyo Glass Kikai)内で室温で5分から15分かけて行った。カエルの形をしたゲルは、polydimethylsiloxane(PDMS)(Dowcorning)の鋳型で作製した。すなわち、まずカエルの形状の穴の開いたPDMS鋳型をガラス基板上に置いた。次に、LYZ-PEG-PL-SWNTを混合した重合溶液(100 μL)をこの穴の中に入れ、5分間重合を行った。PDMSの鋳型をゆっくりと取り外すと、ガラス基板上にカエルの形状をしたLYZ-PEG-PL-SWNTを分散させたポリアクリルアミドゲルが得られた。
LYZ-PEG-PL-SWNTを分散させたポリアクリルアミドゲル(以下、「LYZ-PEG-PL-SWNT-PAAゲル」と表記することがある)、SWNTのみを分散させたポリアクリルアミドゲル(以下、「SWNT-PAAゲル」と表記することがある)、ポリアクリルアミドゲル(以下、「PAAゲル」と表記することがある)をPMMAセル(Tokyo Glass Kikai)中で作製した後、1064 nmの近赤外レーザー(NIRレーザー)を照射した。レーザー出力は1又は3 Wとした。ゲル中のLYZ-PEG-PL-SWNTおよびSWNTの濃度はいずれも330 μg/mLとした。温度センサー(S8100B; Seiko)を用いて温度変化を直接モニタリングした。
熱電モジュール本体(8.3 mm×8.3 mm×2.4 mm)(Z = 2.23×10-3, R = 2.2 Ω)(TEFC1-03112; Japan Tecmo)の冷却部位に熱伝導性の両面テープ(PA-069B; Ainex)を貼り、その上にアルミ基板(10 mm×10 mm×1.0 mm)(HDD Thermal Conduction Chip set; Groovy)を取り付けた。40% AA/BIS水溶液(19:1)(0.5 mL)をLYZ-PEG-PL-SWNT水溶液(1 mL;1.5 mg/mL)に加えた。本溶液に10% APS水溶液(5 μL)とTEMED(5 μL)を加え、得られた溶液(100 μL)を上記熱電モジュール本体の加熱部位にすばやく乗せて、室温で5分間重合してポリアクリルアミド(PAA)ゲルとした。PAAゲル中のLYZ-PEG-PL-SWNTの濃度は約1 mg/mLとし、当該ゲルの厚さは約1.3mmとした。
SWNT(10 mg)(純度>95%)(Hipco super-purified SWNTs; Carbon Nanotechnologies)と各種イオン液体(0.5 mL)(Tokyo Chemical Industry)を乳鉢内に添加し、15 min間、乳棒で強く擦ると粘性の高いナノチューブ-イオン液体ゲルが得られた。今回使用したイオン液体の種類は、1-n-ブチル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロリン酸(1-n-butyl-3-methylimidazoliumhexafluorophosphate;[C4mim][PF6])、1-n-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロリン酸(1-n-hexyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate;[C6mim][PF6])、1-n-オクチル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロリン酸(1-n-octyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate;[C8mim][PF6])、1-n-ブチル-3-メチルイミダゾリウムビスビス(トリフリルメチルスルホニル)イミド酸(1-n-butyl-3-methylimidazolium bis(triflylmethylsulfonyl)imide;[C4mim][TF2N])の4種類であった。
カーボンナノチューブをイオン液体に分散させたゲル(以下「イオン液体CNTゲル」と表記することがある)を熱電モジュール本体の基板上に厚さ約0.5 mmとなるように堆積させた。なお、当該ゲル以外の熱電モジュールの構造は実施例1と同様とした。また、レーザー照射及び電圧値、電力値も実施例1と同様の方法により計測あるいは算出した。可変外部抵抗の値も実施例1と同様5 Ωに設定した。なお、実施例1で行った検討に加え、外部負荷抵抗無しでLED(Kyohritsu eleshop)を本モジュールに直接接続し、これが発光するかを検討した。
また、図5cに示すように、近赤外線レーザーを5Wで10分間照射するという強い照射条件にもかかわらず、イオン液体CNTゲル(SWNT-[C4mim][PF6])に目立った損傷は見られなかった。よって、当該ゲルは、非常に高い熱安定性を有することもわかった。
Claims (2)
- 熱電素子及び当該素子の接続電極を一対の支持基板間に有する熱電モジュール本体を備え、
カーボンナノチューブを含むゲル状組成物を一方の支持基板の表面に接触させた、熱電モジュール。 - 請求項1に記載の熱電モジュールの支持基板に接触したカーボンナノチューブを含むゲル状組成物に光を吸収させ、該熱電モジュールで発電する方法。
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