JP6276726B2 - Thermoelectric conversion element - Google Patents

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Description

本発明は、熱電変換素子に関する。   The present invention relates to a thermoelectric conversion element.

熱エネルギーと電気エネルギーを相互に変換することができる熱電変換材料は、熱電発電素子やペルチェ素子のような熱電変換素子に用いられている。このような熱電変換素子を応用した熱電発電は、熱エネルギーを直接電力に変換することができ、可動部を必要とせず、体温で作動する腕時計や僻地用電源、宇宙用電源等に用いられている。
近年、熱電変換材料としてカーボンナノチューブ(以後、「CNT」とも称する)が着目されており、CNTを含む熱電変換材料に関する技術がいくつか提案されている(例えば、特許文献1)。
Thermoelectric conversion materials that can mutually convert thermal energy and electrical energy are used in thermoelectric conversion elements such as thermoelectric power generation elements and Peltier elements. Thermoelectric power generation using such thermoelectric conversion elements can directly convert thermal energy into electric power, does not require moving parts, and is used for wristwatches, remote power supplies, space power supplies, etc. that operate at body temperature. Yes.
In recent years, carbon nanotubes (hereinafter also referred to as “CNT”) have attracted attention as thermoelectric conversion materials, and several techniques relating to thermoelectric conversion materials containing CNTs have been proposed (for example, Patent Document 1).

国際公開第2012/121133号International Publication No. 2012/121133

一方、近年、熱電変換素子が使用される機器の性能向上のために、熱電変換素子の熱電変換性能のより一層の向上が求められている。
本発明者らは、特許文献1に記載されるようなCNTを含む熱電変換材料を用いて樹脂基板上に熱電変換層を作製して、その特性(発電量)を評価したところ、昨今要求されるレベルを満たしておらず、更なる改良が必要であることを知見した。
On the other hand, in recent years, further improvement in the thermoelectric conversion performance of thermoelectric conversion elements has been demanded in order to improve the performance of equipment in which thermoelectric conversion elements are used.
When the present inventors produced the thermoelectric conversion layer on the resin substrate using the thermoelectric conversion material containing CNT as described in patent document 1, and evaluated the characteristic (power generation amount), it is requested | required these days. It was discovered that further improvement is necessary.

また、近年、曲面や凹凸を有する機器の表面に熱電変換素子を取り付ける要望が増えており、熱電変換素子を折り曲げてもその特性が変化しづらい、耐曲げ性も求められている。   In recent years, there has been an increasing demand for attaching a thermoelectric conversion element to the surface of a device having a curved surface or unevenness, and even when the thermoelectric conversion element is bent, its characteristics are not easily changed, and bending resistance is also required.

本発明は、上記実情に鑑みて、熱電変換性能に優れると共に、耐曲げ性にも優れる熱電変換素子を提供することを目的とする。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a thermoelectric conversion element that is excellent in thermoelectric conversion performance and also excellent in bending resistance.

本発明者らは、上記課題について鋭意検討した結果、所定の表面処理剤で表面処理された樹脂基板を使用することにより、所望の効果が得られることを見出した。
より具体的には、以下の構成により上記目的を達成することができることを見出した。
As a result of intensive studies on the above problems, the present inventors have found that a desired effect can be obtained by using a resin substrate surface-treated with a predetermined surface treatment agent.
More specifically, the present inventors have found that the above object can be achieved by the following configuration.

(1) 以下の基板Aおよび基板Bのいずれか一方の表面処理基板と、
表面処理基板の表面処理が施された面上に配置された、カーボンナノチューブを含む熱電変換層と、を有する、熱電変換素子。
基板A:樹脂基板を、(RM(X)で表される第1表面処理剤で表面処理して得られる表面処理基板。
なお、Mは、Si、TiまたはZrを表す。Xは、加水分解性基または水酸基を表す。Rは、1価の有機基を表し、Rのうち少なくとも一つは、芳香環を含む1価の有機基を表す。nは1〜3の整数を表し、mは1〜3の整数を表し、n+m=4である。ただし、1価の有機基には、加水分解性基および水酸基は含まれない。
基板B:樹脂基板を、反応性基を有し、かつ、(RM(X)で表される第2表面処理剤で表面処理した後、さらに、反応性基と反応する官能基および芳香環を有する第3表面処理剤で表面処理して得られる表面処理基板。
なお、Mは、Si、TiまたはZrを表す。Xは、加水分解性基または水酸基を表す。Rは、1価の有機基を表し、Rのうち少なくとも一つは、反応性基を含む1価の有機基を表す。nは1〜3の整数を表し、mは1〜3の整数を表し、n+m=4である。ただし、1価の有機基には、加水分解性基および水酸基は含まれない。
(2) 表面処理基板が、基板Bである、(1)に記載の熱電変換素子。
(3) 芳香環が、多環芳香環である、(1)または(2)に記載の熱電変換素子。
(4) 樹脂基板が、エネルギー線照射が施された樹脂基板である、(1)〜(3)のいずれかに記載の熱電変換素子。
(5) 樹脂基板が、ポリイミド基板である、(1)〜(4)のいずれかに記載の熱電変換素子。
(1) any one of the following substrate A and substrate B surface-treated substrate;
A thermoelectric conversion element comprising: a thermoelectric conversion layer including carbon nanotubes, disposed on a surface-treated surface of a surface treatment substrate.
Substrate A: A surface-treated substrate obtained by surface-treating a resin substrate with a first surface treatment agent represented by (R 1 ) n M (X) m .
M represents Si, Ti, or Zr. X represents a hydrolyzable group or a hydroxyl group. R 1 represents a monovalent organic group, and at least one of R 1 represents a monovalent organic group containing an aromatic ring. n represents an integer of 1 to 3, m represents an integer of 1 to 3, and n + m = 4. However, the monovalent organic group does not include a hydrolyzable group or a hydroxyl group.
Substrate B: A resin substrate that has a reactive group and is surface-treated with a second surface treatment agent represented by (R 2 ) n M (X) m , and then a functional group that reacts with the reactive group A surface-treated substrate obtained by surface treatment with a third surface treatment agent having a group and an aromatic ring.
M represents Si, Ti, or Zr. X represents a hydrolyzable group or a hydroxyl group. R 2 represents a monovalent organic group, and at least one of R 2 represents a monovalent organic group containing a reactive group. n represents an integer of 1 to 3, m represents an integer of 1 to 3, and n + m = 4. However, the monovalent organic group does not include a hydrolyzable group or a hydroxyl group.
(2) The thermoelectric conversion element according to (1), wherein the surface-treated substrate is a substrate B.
(3) The thermoelectric conversion element according to (1) or (2), wherein the aromatic ring is a polycyclic aromatic ring.
(4) The thermoelectric conversion element according to any one of (1) to (3), wherein the resin substrate is a resin substrate subjected to energy ray irradiation.
(5) The thermoelectric conversion element according to any one of (1) to (4), wherein the resin substrate is a polyimide substrate.

本発明によれば、熱電変換性能に優れると共に、耐曲げ性にも優れる熱電変換素子を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while being excellent in thermoelectric conversion performance, the thermoelectric conversion element which is excellent also in bending resistance can be provided.

本発明の熱電変換素子の第1実施態様の断面図である。図1中の矢印は熱電変換素子の使用時に付与される温度差の方向を示す。It is sectional drawing of the 1st embodiment of the thermoelectric conversion element of this invention. The arrow in FIG. 1 shows the direction of the temperature difference provided when using the thermoelectric conversion element. (A)は、本発明の熱電変換素子の第2実施態様を概念的に示す上面図、(B)は、本発明の熱電変換素子の第2実施態様を概念的に示す正面図、(C)は、本発明の熱電変換素子の第2実施態様を概念的に示す底面図である。(A) is a top view conceptually showing the second embodiment of the thermoelectric conversion element of the present invention, (B) is a front view conceptually showing the second embodiment of the thermoelectric conversion element of the present invention, (C) ) Is a bottom view conceptually showing a second embodiment of the thermoelectric conversion element of the present invention. (A)〜(C)は、本発明の熱電変換素子の第2実施態様の別の例を説明するための概念図である。(A)-(C) are the conceptual diagrams for demonstrating another example of the 2nd embodiment of the thermoelectric conversion element of this invention. (A)〜(D)は、本発明の熱電変換モジュールの一例を説明するための概念図である。(A)-(D) are the conceptual diagrams for demonstrating an example of the thermoelectric conversion module of this invention. (A)は、本発明の熱電変換素子に用いられる基板の別の例を示す概念図で、(B)は、本発明の熱電変換モジュールに用いられる基板の別の例を示す概念図である。(A) is a conceptual diagram which shows another example of the board | substrate used for the thermoelectric conversion element of this invention, (B) is a conceptual diagram which shows another example of the board | substrate used for the thermoelectric conversion module of this invention. .

以下に、本発明の熱電変換素子の好適態様について説明する。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本発明の熱電変換素子の特徴点の一つとしては、芳香環を有する表面処理剤で表面処理された樹脂基板を使用している点が挙げられる。本発明者は、従来技術において、CNTを用いた熱電変換層は樹脂基板との密着性が劣るため、熱電変換層と樹脂基板との間に空隙が生じやすく、結果として樹脂基板から熱電変換層への熱伝達効率が十分でないことを知見した。そこで、本発明者は、芳香環を有する表面処理剤で表面処理された樹脂基板(表面処理基板)を用いることにより、その表面処理基板上に配置される熱電変換層に含まれるCNTと、表面処理基板の表面上にある表面処理剤由来の芳香環とが相互作用して、表面処理基板と熱電変換層との密着性がより向上することを知見している。また、表面処理基板と熱電変換層との密着性が向上することに伴い、熱電変換素子を折り曲げた際にも、熱電変換層が表面処理基板から剥がれにくくなり、結果として特性(特に、抵抗値)の劣化が抑制されることも知見している。
Below, the suitable aspect of the thermoelectric conversion element of this invention is demonstrated. In the present specification, a numerical range represented by using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit value and an upper limit value.
One of the features of the thermoelectric conversion element of the present invention is that a resin substrate surface-treated with a surface treatment agent having an aromatic ring is used. In the prior art, since the thermoelectric conversion layer using CNT has poor adhesion to the resin substrate in the prior art, voids are likely to be generated between the thermoelectric conversion layer and the resin substrate. As a result, the thermoelectric conversion layer is formed from the resin substrate to the thermoelectric conversion layer. It was found that the heat transfer efficiency to was not sufficient. Therefore, the present inventor uses a resin substrate (surface treatment substrate) surface-treated with a surface treatment agent having an aromatic ring, whereby the CNT contained in the thermoelectric conversion layer disposed on the surface treatment substrate, and the surface It has been found that the adhesion between the surface treatment substrate and the thermoelectric conversion layer is further improved by interaction with the aromatic ring derived from the surface treatment agent on the surface of the treatment substrate. In addition, as the adhesion between the surface treatment substrate and the thermoelectric conversion layer is improved, the thermoelectric conversion layer becomes difficult to peel off from the surface treatment substrate even when the thermoelectric conversion element is bent. It is also known that the deterioration of) is suppressed.

<第1実施態様>
図1に、本発明の熱電変換素子の第1実施態様を概念的に示す。
図1に示すように、熱電変換素子1は、表面処理基板2と、表面処理基板2上でそれぞれ離間した位置に配置された第1電極3および第2電極4と、表面処理基板2上で第1電極3および第2電極4と接するように配置された熱電変換層5と、熱電変換層5上に配置された保護基板6とを有する。熱電変換素子1の使用時においては、図1に示すように、矢印の方向に温度差が付与される。
表面処理基板2の表面2aが後述する所定の表面処理剤で表面処理された面であり、熱電変換層5はこの表面2a上に接触するように配置される。
なお、上記態様では、第1電極および第2電極は基板上に配置されているが、熱電変換層と接触していればその位置は特に制限されない。
以下、熱電変換素子を構成する各部材について詳述する。
<First Embodiment>
FIG. 1 conceptually shows a first embodiment of the thermoelectric conversion element of the present invention.
As shown in FIG. 1, the thermoelectric conversion element 1 includes a surface treatment substrate 2, a first electrode 3 and a second electrode 4 disposed on the surface treatment substrate 2, and a surface treatment substrate 2. The thermoelectric conversion layer 5 is disposed so as to be in contact with the first electrode 3 and the second electrode 4, and the protective substrate 6 is disposed on the thermoelectric conversion layer 5. When the thermoelectric conversion element 1 is used, a temperature difference is given in the direction of the arrow as shown in FIG.
The surface 2a of the surface treatment substrate 2 is a surface that has been surface-treated with a predetermined surface treatment agent to be described later, and the thermoelectric conversion layer 5 is disposed on the surface 2a.
In addition, in the said aspect, although the 1st electrode and the 2nd electrode are arrange | positioned on a board | substrate, the position will not be restrict | limited especially if it is contacting with the thermoelectric conversion layer.
Hereinafter, each member which comprises a thermoelectric conversion element is explained in full detail.

[表面処理基板]
表面処理基板としては、以下の基板Aまたは基板Bが使用される。
基板A:樹脂基板を、(RM(X)で表される第1表面処理剤で表面処理して得られる表面処理基板。
基板B:樹脂基板を、反応性基を有し、かつ、(RM(X)で表される第2表面処理剤で表面処理した後、さらに、反応性基と反応する官能基および芳香環を有する第3表面処理剤で表面処理して得られる表面処理基板。
上述したように、上記基板Aおよび基板Bでは、樹脂基板を所定の表面処理剤により処理することにより、その表面上に芳香環が導入される。この芳香環があることにより、CNTとの相互作用が向上し、結果として表面処理基板と熱電変換層との密着性がより向上し、熱電変換特性(特に、発電量)が向上する。
以下では、まず、上記表面処理に使用される表面処理剤(第1表面処理剤〜第3表面処理剤)、および、樹脂基板について詳述する。
[Surface treatment substrate]
The following substrate A or substrate B is used as the surface treatment substrate.
Substrate A: A surface-treated substrate obtained by surface-treating a resin substrate with a first surface treatment agent represented by (R 1 ) n M (X) m .
Substrate B: A resin substrate that has a reactive group and is surface-treated with a second surface treatment agent represented by (R 2 ) n M (X) m , and then a functional group that reacts with the reactive group A surface-treated substrate obtained by surface treatment with a third surface treatment agent having a group and an aromatic ring.
As described above, in the substrate A and the substrate B, an aromatic ring is introduced onto the surface of the resin substrate by treating the resin substrate with a predetermined surface treatment agent. The presence of this aromatic ring improves the interaction with CNT, and as a result, the adhesion between the surface-treated substrate and the thermoelectric conversion layer is further improved, and the thermoelectric conversion characteristics (particularly, the amount of power generation) are improved.
Below, the surface treating agent (1st surface treating agent-3rd surface treating agent) used for the said surface treatment and a resin substrate are explained in full detail first.

(第1表面処理剤)
第1表面処理剤は、(RM(X)で表される化合物である。第1表面処理剤においては、Xで表される加水分解性基が加水分解反応して形成される水酸基や、Xで表される水酸基を介して樹脂基板と反応(縮合反応)して、第1表面処理剤由来の芳香環が樹脂基板上に固定化される。
上記式中、Mは、Si(ケイ素原子)、Ti(チタン原子)またはZr(ジルコニウム原子)を表す。なかでも、熱電変換素子の熱電変換特性がより優れる、および/または、熱電変換素子の耐曲げ性がより優れる点(以後、単に「本発明の効果がより優れる点」とも称する)で、Siが好ましい。
(First surface treatment agent)
The first surface treatment agent is a compound represented by (R 1 ) n M (X) m . In the first surface treatment agent, the hydrolyzable group represented by X reacts with the resin substrate (condensation reaction) via the hydroxyl group formed by hydrolysis reaction or the hydroxyl group represented by X, An aromatic ring derived from one surface treatment agent is immobilized on a resin substrate.
In the above formula, M represents Si (silicon atom), Ti (titanium atom) or Zr (zirconium atom). Among them, Si is more excellent in thermoelectric conversion characteristics of the thermoelectric conversion element and / or more excellent in bending resistance of the thermoelectric conversion element (hereinafter, also simply referred to as “the point where the effect of the present invention is more excellent”). preferable.

Xは、加水分解性基または水酸基を表す。加水分解性基とは、Mに直結し、加水分解反応および/または縮合反応を進行し得る基であり、例えば、アルコキシ基、ハロゲン原子、アシルオキシ基、アルケニルオキシ基などが挙げられる。なかでも、取り扱い性がより優れる点で、アルコキシ基が好ましい。アルコキシ基中の炭素原子の数は特に制限されないが、反応性に優れる点で、1〜5が好ましく、1〜3がより好ましい。
なお、Xが複数ある場合は、複数のXは同一であっても、異なっていてもよい。
X represents a hydrolyzable group or a hydroxyl group. The hydrolyzable group is a group that is directly bonded to M and can proceed with a hydrolysis reaction and / or a condensation reaction, and examples thereof include an alkoxy group, a halogen atom, an acyloxy group, and an alkenyloxy group. Among these, an alkoxy group is preferable in terms of better handleability. The number of carbon atoms in the alkoxy group is not particularly limited, but 1 to 5 is preferable and 1 to 3 is more preferable in terms of excellent reactivity.
When there are a plurality of Xs, the plurality of Xs may be the same or different.

は、1価の有機基(ただし、加水分解性基および水酸基を除く。)を表し、Rのうち少なくとも一つは、芳香環を含む1価の有機基を表す。
1価の有機基としては、加水分解性基および水酸基以外の有機基であればよく、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルキルカルボニル基、シクロアルキルカルボニル基、アリールカルボニル基、アルキルオキシカルボニル基、シクロアルキルオキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アルキルアミノカルボニル基、シクロアルキルアミノカルボニル基、アリールアミノカルボニル基、または、これらを組み合わせた基が挙げられる。なかでも、炭素数1〜6のアルキル基、アリール基が好ましく挙げられる。
R 1 represents a monovalent organic group (excluding a hydrolyzable group and a hydroxyl group), and at least one of R 1 represents a monovalent organic group containing an aromatic ring.
The monovalent organic group may be any organic group other than a hydrolyzable group and a hydroxyl group. For example, an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, an alkylcarbonyl group, a cycloalkylcarbonyl group, an arylcarbonyl group, an alkyloxy group Examples thereof include a carbonyl group, a cycloalkyloxycarbonyl group, an aryloxycarbonyl group, an alkylaminocarbonyl group, a cycloalkylaminocarbonyl group, an arylaminocarbonyl group, or a combination thereof. Especially, a C1-C6 alkyl group and an aryl group are mentioned preferably.

のうち少なくとも一つは、芳香環を含む1価の有機基(以後、有機基Aとも称する)を表す。有機基Aとは、言い換えると、芳香環構造を含む1価の基である。なかでも、本発明の効果がより優れる点で、Rの全てが芳香環を含む1価の有機基であることが好ましい。
有機基Aに含まれる芳香環としては、炭化水素芳香環であっても、複素芳香環であってもよい。
炭化水素芳香環としては、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、ピレン環、アズレン環、クリセン環、ペリレン環、トリフェニレン環、ペンタレン環、インダセン環、フルオランテン環、アセフェナントリレン環、アセアントリレン環、ナフタセン環、ペンタフェン環、ペンタセン環、ヘキサフェン環などが挙げられる。
複素芳香環としては、例えば、フラン環、チオフェン環、ピロール環、ピロリン環、ピロリジン環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、イミダゾール環、イミダゾリン環、イミダゾリジン環、ピラゾール環、ピラゾリン環、ピラゾリジン環、トリアゾール環、フラザン環、テトラゾール環、ピラン環、チイン環、ピリジン環、ピペリジン環、オキサジン環、モルホリン環、チアジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、ピペラジン環、トリアジン環、ベンゾフラン環、イソベンゾフラン環、ベンゾチオフェン環、インドール環、インドリン環、イソインドール環、ベンゾオキサゾール環、ベンゾチアゾール環、インダゾール環、ベンゾイミダゾール環、キノリン環、イソキノリン環、シンノリン環、フタラジン環、キナゾリン環、キノキサリン環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環、カルバゾール環、キサンテン環、アクリジン環、フェナントリジン環、フェナントロリン環、フェナジン環、フェノキサジン環、チアントレン環、インドリジン環、キノリジン環、キヌクリジン環、ナフチリジン環、プリン環、プテリジン環などが挙げられる。
At least one of R 1 represents a monovalent organic group containing an aromatic ring (hereinafter also referred to as organic group A). In other words, the organic group A is a monovalent group containing an aromatic ring structure. Among them, in terms of the effect of the present invention is more excellent, it is preferable that all of R 1 is a monovalent organic group containing an aromatic ring.
The aromatic ring contained in the organic group A may be a hydrocarbon aromatic ring or a heteroaromatic ring.
Examples of the hydrocarbon aromatic ring include a benzene ring, naphthalene ring, anthracene ring, phenanthrene ring, pyrene ring, azulene ring, chrysene ring, perylene ring, triphenylene ring, pentalene ring, indacene ring, fluoranthene ring, and acephenanthrylene ring. , An asanthrylene ring, a naphthacene ring, a pentaphen ring, a pentacene ring, a hexaphen ring, and the like.
Examples of the heteroaromatic ring include furan ring, thiophene ring, pyrrole ring, pyrroline ring, pyrrolidine ring, oxazole ring, isoxazole ring, thiazole ring, isothiazole ring, imidazole ring, imidazoline ring, imidazolidine ring, pyrazole ring, Pyrazoline ring, pyrazolidine ring, triazole ring, furazane ring, tetrazole ring, pyran ring, thiyne ring, pyridine ring, piperidine ring, oxazine ring, morpholine ring, thiazine ring, pyridazine ring, pyrimidine ring, pyrazine ring, piperazine ring, triazine ring , Benzofuran ring, isobenzofuran ring, benzothiophene ring, indole ring, indoline ring, isoindole ring, benzoxazole ring, benzothiazole ring, indazole ring, benzimidazole ring, quinoline ring, isoquinoline ring, cinno Ring, phthalazine ring, quinazoline ring, quinoxaline ring, dibenzofuran ring, dibenzothiophene ring, carbazole ring, xanthene ring, acridine ring, phenanthridine ring, phenanthroline ring, phenazine ring, phenoxazine ring, thianthrene ring, indolizine ring, A quinolidine ring, a quinuclidine ring, a naphthyridine ring, a purine ring, a pteridine ring, etc. are mentioned.

また、有機基Aに含まれる芳香環としては、単環芳香環であっても、多環芳香環(縮合多環芳香環)であってもよい。なかでも、本発明の効果がより優れる点で、多環芳香環が好ましく、環数が3以上の多環芳香環がより好ましい。なお、多環芳香環の環数の上限は特に制限されないが、10以下の場合が多く、5以下の場合がより多い。
多環芳香環とは、2以上の芳香環が縮合して形成される環構造である。
Further, the aromatic ring contained in the organic group A may be a monocyclic aromatic ring or a polycyclic aromatic ring (condensed polycyclic aromatic ring). Among these, a polycyclic aromatic ring is preferable and a polycyclic aromatic ring having 3 or more rings is more preferable in that the effect of the present invention is more excellent. The upper limit of the number of polycyclic aromatic rings is not particularly limited, but is often 10 or less, and more often 5 or less.
A polycyclic aromatic ring is a ring structure formed by condensation of two or more aromatic rings.

芳香環を含む1価の有機基の好適態様としては、式(1)で表される基が挙げられる。*は、Mとの結合位置を表す。
式(1) Ar−L−*
Arは芳香環を表す。芳香環の定義は、上述の通りである。
は、単結合、または、2価の連結基を表す。2価の連結基としては、例えば、2価の炭化水素基(2価の飽和炭化水素基であっても、2価の芳香族炭化水素基であってもよい。2価の飽和炭化水素基としては、直鎖状、分岐状または環状であってもよく、炭素数1〜20であることが好ましく、例えば、アルキレン基が挙げられる。また、2価の芳香族炭化水素基としては、炭素数5〜20であることが好ましく、例えば、フェニレン基が挙げられる。それ以外にも、アルケニレン基、アルキニレン基であってもよい。)、2価の複素環基、−O−、−S−、−SO2−、−NR−、−CO−、−COO−、−CONR−、−SO3−、−SO2NR−、または、これらを2種以上組み合わせた基(例えば、アルキレンオキシ基、アルキレンオキシカルボニル基、アルキレンカルボニルオキシ基など)などが挙げられる。なかでも、アルキレン基、−O−、−COO−、−SO3−、または、これらの組み合わせが好ましい。ここで、Rは、水素原子またはアルキル基(好ましくは炭素数1〜10)を表す。
なお、Arには、置換基が置換していてもよい。置換基としては、例えば、上記1価の有機基として例示した基が挙げられる。
A preferred embodiment of the monovalent organic group containing an aromatic ring includes a group represented by the formula (1). * Represents a bonding position with M.
Formula (1) Ar-L 1- *
Ar represents an aromatic ring. The definition of the aromatic ring is as described above.
L 1 represents a single bond or a divalent linking group. Examples of the divalent linking group include a divalent hydrocarbon group (a divalent saturated hydrocarbon group or a divalent aromatic hydrocarbon group. A divalent saturated hydrocarbon group may be used. May be linear, branched or cyclic, and preferably has 1 to 20 carbon atoms, and examples thereof include an alkylene group, and a divalent aromatic hydrocarbon group includes carbon. The number is preferably 5 to 20, for example, a phenylene group, or an alkenylene group or an alkynylene group.) A divalent heterocyclic group, -O-, -S- , —SO 2 —, —NR L —, —CO—, —COO—, —CONR L —, —SO 3 —, —SO 2 NR L —, or a combination of two or more thereof (for example, alkylene Oxy group, alkyleneoxycarbonyl group, alkylene Etc. Ruboniruokishi group). Among these, an alkylene group, —O—, —COO—, —SO 3 —, or a combination thereof is preferable. Here, RL represents a hydrogen atom or an alkyl group (preferably having 1 to 10 carbon atoms).
Ar may be substituted with a substituent. Examples of the substituent include the groups exemplified as the monovalent organic group.

nは1〜3の整数を表し、本発明の効果がより優れる点で、1〜2が好ましく、1がより好ましい。
mは1〜3の整数を表し、本発明の効果がより優れる点で、2〜3が好ましく、3がより好ましい。
なお、n+m=4である。つまり、nとmとの合計は4の関係を満たす。
n represents an integer of 1 to 3, and 1 or 2 is preferable and 1 is more preferable in that the effect of the present invention is more excellent.
m represents an integer of 1 to 3, and 2 to 3 is preferable and 3 is more preferable in that the effect of the present invention is more excellent.
Note that n + m = 4. That is, the sum of n and m satisfies the relationship of 4.

(第2表面処理剤)
第2表面処理剤は、反応性基を有し、かつ、(RM(X)で表される化合物である。第2表面処理剤においては、Xで表される加水分解性基が加水分解反応して形成される水酸基や、Xで表される水酸基を介して樹脂基板と反応(縮合反応)して、第2表面処理剤由来の反応性基が樹脂基板上に固定化される。
上記式中、M、X、nおよびmの定義は、上記第1表面処理剤の定義と同義である。
(Second surface treatment agent)
The second surface treatment agent is a compound having a reactive group and represented by (R 2 ) n M (X) m . In the second surface treatment agent, the hydrolyzable group represented by X reacts with the resin substrate through the hydrolysis reaction or the hydroxyl group represented by X (condensation reaction), and the second surface treatment agent 2 Reactive groups derived from the surface treatment agent are immobilized on the resin substrate.
In the above formula, the definitions of M, X, n and m are the same as those of the first surface treatment agent.

は、1価の有機基(ただし、加水分解性基および水酸基を除く)を表し、Rのうち少なくとも一つは、反応性基を含む1価の有機基を表す。
1価の有機基の定義は、上記Rで説明した1価の有機基の定義と同じである。
反応性基を含む1価の有機基に含まれる反応性基とは、後述する第3表面処理剤と反応し得る基であればよく、例えば、メタクリロイル基、アクリロイル基、エポキシ基、1級アミノ基、2級アミノ基、スチリル基、ビニル基、フェノール基、イソシアネート基、メルカプト基、またはカルボキシル基などが挙げられ、反応性がより優れる点で、メタクリロイル基またはアクリロイル基が好ましく挙げられる。
R 2 represents a monovalent organic group (excluding a hydrolyzable group and a hydroxyl group), and at least one of R 2 represents a monovalent organic group containing a reactive group.
The definition of the monovalent organic group is the same as the definition of the monovalent organic group described in R 1 above.
The reactive group contained in the monovalent organic group containing a reactive group may be any group capable of reacting with the third surface treatment agent described later. For example, methacryloyl group, acryloyl group, epoxy group, primary amino Group, secondary amino group, styryl group, vinyl group, phenol group, isocyanate group, mercapto group, carboxyl group and the like, and methacryloyl group or acryloyl group is preferable from the viewpoint of more excellent reactivity.

反応性基を含む1価の有機基の好適態様としては、式(2)で表される基が挙げられる。*は、Mとの結合位置を表す。
式(2) Y−L−*
Yは、反応性基を表す。反応性基の定義は、上述の通りである。
は、単結合、または、2価の連結基を表す。2価の連結基の定義は、上述の通りである。
A preferred embodiment of the monovalent organic group containing a reactive group is a group represented by the formula (2). * Represents a bonding position with M.
Formula (2) YL 2- *
Y represents a reactive group. The definition of the reactive group is as described above.
L 2 represents a single bond or a divalent linking group. The definition of a bivalent coupling group is as the above-mentioned.

(第3表面処理剤)
第3表面処理剤は、上記反応性基と反応する官能基および芳香環を有する化合物である。第2表面処理剤により表面処理が施されて、反応性基が導入された樹脂基板に対して、第3表面処理剤を使用すると、反応性基と第3表面処理剤とが反応して、芳香環を樹脂基板上に導入することができる。
第3表面処理剤に含まれる上記反応性基と反応する官能基としては、第2表面処理剤中の反応性基と反応して化学結合を形成し得る官能基であれば特に制限されない。例えば、メタクリロイル基、アクリロイル基、エポキシ基、水酸基、1級アミノ基、2級アミノ基、スチリル基、ビニル基、フェノール基、イソシアネート基、メルカプト基、またはカルボキシル基などが挙げられる。
反応性基と、上記官能基との好適な組み合わせ(反応性基:官能基)としては、例えば、(メタクリロイル基:メルカプト基)、(アクリロイル基:メルカプト基)、(メルカプト基:メタクリロイル基)、(メルカプト基:アクリロイル基)、(エポキシ基:カルボン酸基)、(イソシアネート基:水酸基)などが挙げられる。
(Third surface treatment agent)
The third surface treatment agent is a compound having a functional group that reacts with the reactive group and an aromatic ring. When the third surface treatment agent is used with respect to the resin substrate in which the surface treatment is performed by the second surface treatment agent and the reactive group is introduced, the reactive group and the third surface treatment agent react, An aromatic ring can be introduced on the resin substrate.
The functional group that reacts with the reactive group contained in the third surface treatment agent is not particularly limited as long as it is a functional group that can react with the reactive group in the second surface treatment agent to form a chemical bond. For example, a methacryloyl group, an acryloyl group, an epoxy group, a hydroxyl group, a primary amino group, a secondary amino group, a styryl group, a vinyl group, a phenol group, an isocyanate group, a mercapto group, or a carboxyl group can be given.
Suitable combinations of the reactive group and the functional group (reactive group: functional group) include, for example, (methacryloyl group: mercapto group), (acryloyl group: mercapto group), (mercapto group: methacryloyl group), (Mercapto group: acryloyl group), (epoxy group: carboxylic acid group), (isocyanate group: hydroxyl group) and the like.

第3表面処理剤には、芳香環が含まれる。芳香環の定義は、上述の通りである。   The third surface treatment agent includes an aromatic ring. The definition of the aromatic ring is as described above.

第3表面処理剤の好適態様としては、式(3)で表される化合物が挙げられる。
式(3) Ar−L−Z
Arは、芳香環を表す。芳香環の定義は、上述の通りである。
は、単結合、または、2価の連結基を表す。2価の連結基の定義は、上述の通りである。
Zは、反応性基を反応する官能基を表す。この官能基の定義は、上述の通りである。
As a suitable aspect of a 3rd surface treating agent, the compound represented by Formula (3) is mentioned.
Equation (3) Ar-L 3 -Z
Ar represents an aromatic ring. The definition of the aromatic ring is as described above.
L 3 represents a single bond or a divalent linking group. The definition of a bivalent coupling group is as the above-mentioned.
Z represents a functional group that reacts with a reactive group. The definition of this functional group is as described above.

(樹脂基板)
上記表面処理剤によって表面処理が施される樹脂基板としては、樹脂で構成されていれば特に制限されない。樹脂基板はフレキシビリティーを有しているのが好ましく、具体的には、ASTM D2176に規定の測定法による耐屈曲回数MITが1万サイクル以上であるフレキシビリティーを有しているのが好ましい。
より具体的には、樹脂基板としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンイソフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ(1,4−シクロヘキシレンジメチレンテレフタレート)、ポリエチレン−2,6−フタレンジカルボキシレート等のポリエステル基板、ゼオノアフィルム(商品名、日本ゼオン社製)、アートンフィルム(商品名、JSR社製)、スミライトFS1700(商品名、住友ベークライト社製)等のポリシクロオレフィン基板、カプトン(商品名、東レ・デュポン社製)、アピカル(商品名、カネカ社製)、ユーピレックス(商品名、宇部興産社製)、ポミラン(商品名、荒川化学社製)等のポリイミド基板、ピュアエース(商品名、帝人化成社製)、エルメック(商品名、カネカ社製)等のポリカーボネート基板、スミライトFS1100(商品名、住友ベークライト社製)等のポリエーテルエーテルケトン基板、トレリナ(商品名、東レ社製)等のポリフェニルスルフィド基板、ポリアセタール基板、ポリアミド基板、ポリフェニレンエーテル基板、ポリオレフィン基板(例えば、ポリエチレン基板)、ポリスチレン基板、ポリアリレート基板、ポリサルフォン基板、ポリエーテルサルフォン基板、フッ素樹脂基板、液晶ポリマー基板等が挙げられる。入手の容易性、耐熱性(好ましくは100℃以上)、および、本発明の効果がより優れる点から、ポリイミド基板が好ましい。
(Resin substrate)
The resin substrate subjected to the surface treatment with the surface treatment agent is not particularly limited as long as it is made of resin. The resin substrate preferably has flexibility. Specifically, the resin substrate preferably has flexibility such that the number of bending resistances MIT according to the measurement method prescribed in ASTM D2176 is 10,000 cycles or more. .
More specifically, examples of the resin substrate include polyethylene terephthalate, polyethylene isophthalate, polyethylene naphthalate, polybutylene terephthalate, poly (1,4-cyclohexylenedimethylene terephthalate), polyethylene-2,6-phthalenedicarboxyl. Polyester substrates such as rate, ZEONOR film (trade name, manufactured by Nippon Zeon), Arton film (trade name, manufactured by JSR), Sumilite FS1700 (trade name, manufactured by Sumitomo Bakelite), Kapton (product) Name, Toray DuPont), Apical (trade name, manufactured by Kaneka), Iupilex (trade name, manufactured by Ube Industries), Pomilan (trade name, manufactured by Arakawa Chemical Co., Ltd.) and other polyimide substrates, Pure Ace (trade name) , Manufactured by Teijin Chemicals Ltd.), Elmec (product) Polycarbonate substrates such as Kaneka), polyether ether ketone substrates such as Sumilite FS1100 (trade name, manufactured by Sumitomo Bakelite), polyphenyl sulfide substrates such as Torelina (trade name, manufactured by Toray Industries, Inc.), polyacetal substrates, polyamide substrates , A polyphenylene ether substrate, a polyolefin substrate (for example, a polyethylene substrate), a polystyrene substrate, a polyarylate substrate, a polysulfone substrate, a polyethersulfone substrate, a fluororesin substrate, a liquid crystal polymer substrate, and the like. A polyimide substrate is preferable from the viewpoint of easy availability, heat resistance (preferably 100 ° C. or higher), and more excellent effects of the present invention.

樹脂基板の厚さは、取り扱い性、耐久性等の点から、好ましくは1〜3000μm、より好ましく5〜1000μm、さらに好ましくは5〜1000μm、特に好ましくは5〜800μmである。   The thickness of the resin substrate is preferably 1 to 3000 μm, more preferably 5 to 1000 μm, still more preferably 5 to 1000 μm, and particularly preferably 5 to 800 μm, from the viewpoints of handleability and durability.

なお、本発明の効果がより優れる点で、樹脂基板としては、その表面にエネルギー線照射が施された樹脂基板が好ましく挙げられる。このような処理が施された樹脂基板であれば、上述した表面処理剤との反応性に優れ、熱電変換層との密着性により優れる。なお、上述した表面処理は、エネルギー線照射が施された面側に施される。
エネルギー線照射の方法は特に制限されず、例えば、コロナ放電を利用したコロナ処理、プラズマ雰囲気にさらすプラズマ処理、紫外線照射を行う紫外線照射処理(好ましくは、オゾン雰囲気での紫外線照射を行うUV(紫外線)オゾン処理)、電子線を照射するEB(Electoron Beam)照射処理等、公知の処理方法を用いることができ、好ましくは、プラズマ処理、コロナ処理、UVオゾン処理が挙げられる。これらの処理により樹脂基板表面に極性を持つ水酸基、カルボキシル基または塩基性基等を生成させることができ、表面処理剤との反応性がさらに向上する。
In addition, as the resin substrate, a resin substrate whose surface is irradiated with energy rays is preferable because the effect of the present invention is more excellent. If it is a resin substrate subjected to such treatment, it is excellent in reactivity with the above-described surface treatment agent and more excellent in adhesion with the thermoelectric conversion layer. In addition, the surface treatment mentioned above is given to the surface side to which the energy ray irradiation was given.
The method of energy beam irradiation is not particularly limited. For example, corona treatment using corona discharge, plasma treatment exposed to a plasma atmosphere, ultraviolet irradiation treatment that performs ultraviolet irradiation (preferably UV (ultraviolet light that performs ultraviolet irradiation in an ozone atmosphere) ) Ozone treatment), and EB (Electoron Beam) irradiation treatment that irradiates an electron beam can be used, and preferred examples include plasma treatment, corona treatment, and UV ozone treatment. By these treatments, polar hydroxyl groups, carboxyl groups, basic groups or the like can be generated on the resin substrate surface, and the reactivity with the surface treatment agent is further improved.

(基板Aの製造方法)
基板Aは、樹脂基板を、(RM(X)で表される第1表面処理剤で表面処理して得られる表面処理基板である。
表面処理の方法としては、第1表面処理剤と樹脂基板とを接触させることができれば特に制限されず、例えば、第1表面処理剤を含む溶液中に樹脂基板を浸漬する方法や、樹脂基板上に第1表面処理剤を含む溶液を塗布する方法などが挙げられる。
上記溶液には、各種溶媒が含まれていてもよい。使用される溶媒の種類は特に制限されず、水や有機溶媒が挙げられる。なお、上記溶液中での第1表面処理剤の濃度は特に制限されないが、生産性および反応性の点で、0.01〜10質量%が好ましく、0.1〜2.0質量%がより好ましい。
また、上記溶液には、必要に応じて、酸触媒や塩基触媒などの触媒が含まれていてもよい。触媒が含まれることにより、加水分解反応および縮合反応がより効率的に進行する。
樹脂基板と第1表面処理剤(または、第1表面処理剤を含む溶液)との接触時間は特に制限されず、本発明の効果がより優れる点で、1〜72時間が好ましく、10〜48時間がより好ましい。
樹脂基板と第1表面処理剤(または、第1表面処理剤を含む溶液)とを接触させた後、必要に応じて、樹脂基板表面を溶媒で洗浄してもよい。
(Manufacturing method of substrate A)
The substrate A is a surface-treated substrate obtained by surface-treating a resin substrate with a first surface treatment agent represented by (R 1 ) n M (X) m .
The surface treatment method is not particularly limited as long as the first surface treatment agent and the resin substrate can be brought into contact with each other. For example, a method of immersing the resin substrate in a solution containing the first surface treatment agent, And a method of applying a solution containing the first surface treatment agent.
Various solvents may be contained in the solution. The kind in particular of solvent used is not restrict | limited, Water and an organic solvent are mentioned. The concentration of the first surface treatment agent in the solution is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 10% by mass and more preferably 0.1 to 2.0% by mass in terms of productivity and reactivity. preferable.
In addition, the solution may contain a catalyst such as an acid catalyst or a base catalyst as necessary. By including the catalyst, the hydrolysis reaction and the condensation reaction proceed more efficiently.
The contact time between the resin substrate and the first surface treatment agent (or the solution containing the first surface treatment agent) is not particularly limited, and is preferably 1 to 72 hours, more preferably 10 to 48 in terms of more excellent effects of the present invention. Time is more preferred.
After bringing the resin substrate into contact with the first surface treatment agent (or a solution containing the first surface treatment agent), the resin substrate surface may be washed with a solvent as necessary.

(基板Bの製造方法)
基板Bは、樹脂基板を、反応性基を有し、かつ、(RM(X)で表される第2表面処理剤で表面処理した後、さらに、反応性基と反応する官能基および芳香環を有する第3表面処理剤で表面処理して得られる表面処理基板である。
第2表面処理剤を用いた表面処理の方法としては、上述した第1表面処理剤を用いた表面処理方法と同じ方法で、第1表面処理剤の代わりに第2表面処理剤を使用する方法が挙げられる。
次に、第3表面処理剤を用いた表面処理の方法としては、第2表面処理剤で表面処理された樹脂基板と第3表面処理剤とを接触させることができれば特に制限されず、例えば、第2表面処理剤で表面処理された樹脂基板を第3表面処理剤を含む溶液中に浸漬する方法や、第2表面処理剤で表面処理された樹脂基板上に第3表面処理剤を含む溶液を塗布する方法などが挙げられる。
上記溶液には、各種溶媒が含まれていてもよい。使用される溶媒の種類は特に制限されず、水や有機溶媒が挙げられる。
樹脂基板と第2表面処理剤(または、第2表面処理剤を含む溶液)との接触時間は特に制限されず、反応性基と官能基との種類によって適宜最適な条件が選択される。なかでも、通常、生産性の点から、1〜48時間が好ましく、2〜36時間がより好ましい。
また、上記接触の際には、必要に応じて、加熱処理を施してもよい。
樹脂基板と第3表面処理剤(または、第3表面処理剤を含む溶液)とを接触させた後、必要に応じて、樹脂基板表面を溶媒で洗浄してもよい。
(Manufacturing method of substrate B)
The substrate B has a reactive group and is surface-treated with a second surface treatment agent represented by (R 2 ) n M (X) m and then reacts with the reactive group. It is a surface treatment substrate obtained by surface-treating with the 3rd surface treating agent which has a functional group and an aromatic ring.
The surface treatment method using the second surface treatment agent is the same method as the surface treatment method using the first surface treatment agent described above, and a method of using the second surface treatment agent instead of the first surface treatment agent. Is mentioned.
Next, the surface treatment method using the third surface treatment agent is not particularly limited as long as the resin substrate surface-treated with the second surface treatment agent can be brought into contact with the third surface treatment agent. A method of immersing a resin substrate surface-treated with the second surface treatment agent in a solution containing the third surface treatment agent, or a solution containing the third surface treatment agent on the resin substrate surface-treated with the second surface treatment agent The method of apply | coating is mentioned.
Various solvents may be contained in the solution. The kind in particular of solvent used is not restrict | limited, Water and an organic solvent are mentioned.
The contact time between the resin substrate and the second surface treatment agent (or the solution containing the second surface treatment agent) is not particularly limited, and optimal conditions are appropriately selected depending on the types of reactive groups and functional groups. Especially, from the point of productivity, 1-48 hours are preferable and 2-36 hours are more preferable normally.
Moreover, in the case of the said contact, you may heat-process as needed.
After bringing the resin substrate into contact with the third surface treatment agent (or a solution containing the third surface treatment agent), the resin substrate surface may be washed with a solvent as necessary.

[第1電極および第2電極]
第1電極および第2電極は、後述する熱電変換層と接して配置される部材である。
第1電極3および第2電極4を形成する電極材料としては、必要な導電率を有するものであれば、各種の材料で形成可能である。
具体的には、銅、銀、金、白金、ニッケル、アルミニウム、コンスタンタン、クロム、インジウム、鉄、銅合金などの金属材料、酸化インジウムスズ(ITO)や酸化亜鉛(ZnO)等の各種のデバイスで透明電極として利用されている材料等が例示される。中でも、銅、金、銀、白金、ニッケル、銅合金、アルミニウム、コンスタンタン等は好ましく例示され、銅、金、銀、白金、ニッケルはより好ましく例示される。
[First electrode and second electrode]
A 1st electrode and a 2nd electrode are members arrange | positioned in contact with the thermoelectric conversion layer mentioned later.
As an electrode material for forming the first electrode 3 and the second electrode 4, various materials can be used as long as they have necessary electrical conductivity.
Specifically, various materials such as copper, silver, gold, platinum, nickel, aluminum, constantan, chromium, indium, iron, copper alloy, and other devices such as indium tin oxide (ITO) and zinc oxide (ZnO) Examples include materials used as transparent electrodes. Among these, copper, gold, silver, platinum, nickel, copper alloy, aluminum, constantan and the like are preferably exemplified, and copper, gold, silver, platinum and nickel are more preferably exemplified.

第1電極および第2電極の形成方法は、第1電極および第2電極の形成材料等に応じて、蒸着、印刷(例えば、スクリーン印刷、メタルマスク印刷、インクジェット印刷など)、粘着・接着剤などを介しての基板への貼り付け等、公知の方法で行えばよい。電極パターンは、蒸着や印刷時にマスクを用いて形成してもよく、電極を面で形成後に、エッチング、サンドブラスト、レーザー彫刻、電子ビーム法等、公知の方法でパターニングして形成してもよい。   The first electrode and the second electrode are formed by vapor deposition, printing (for example, screen printing, metal mask printing, ink jet printing, etc.), adhesive / adhesive, etc., depending on the material for forming the first electrode and the second electrode. It may be carried out by a known method such as attachment to a substrate via The electrode pattern may be formed using a mask during vapor deposition or printing, and may be formed by patterning by a known method such as etching, sandblasting, laser engraving, or electron beam method after the electrode is formed on the surface.

[熱電変換層]
熱電変換層は、表面処理基板上(表面処理基板の表面処理された面上)に配置される層であり、表面処理基板と優れた密着性を示す。
熱電変換層には、CNTが含まれる。CNTには、1枚の炭素膜(グラフェン・シート)が円筒状に巻かれた単層CNT、2枚のグラフェン・シートが同心円状に巻かれた2層CNT、および、複数のグラフェン・シートが同心円状に巻かれた多層CNTがある。本発明においては、単層CNT、2層CNT、多層CNTを各々単独で用いてもよく、2種以上を併せて用いてもよい。特に、導電性および半導体特性において優れた性質を持つ単層CNTおよび2層CNTを用いることが好ましく、単層CNTを用いることがより好ましい。
単層CNTは、半導体性のものであっても、金属性のものであってもよく、両者を併せて用いてもよい。半導体性CNTと金属性CNTとを両方を用いる場合、組成物中の両者の含有比率は、組成物の用途に応じて適宜調整することができる。また、CNTには金属などが内包されていてもよく、フラーレン等の分子が内包されたものを用いてもよい。
[Thermoelectric conversion layer]
The thermoelectric conversion layer is a layer disposed on the surface-treated substrate (on the surface-treated surface of the surface-treated substrate), and exhibits excellent adhesion with the surface-treated substrate.
The thermoelectric conversion layer includes CNT. The CNT includes a single-layer CNT in which one carbon film (graphene sheet) is wound in a cylindrical shape, a two-layer CNT in which two graphene sheets are wound in a concentric shape, and a plurality of graphene sheets. There are multi-walled CNTs wound concentrically. In the present invention, single-walled CNTs, double-walled CNTs, and multilayered CNTs may be used alone or in combination of two or more. In particular, it is preferable to use single-walled CNT and double-walled CNT having excellent properties in terms of conductivity and semiconductor properties, and more preferably single-walled CNT.
Single-walled CNTs may be semiconducting or metallic, and both may be used in combination. When both semiconducting CNT and metallic CNT are used, the content ratio of both in the composition can be appropriately adjusted according to the use of the composition. The CNT may contain a metal or the like, or may contain a molecule such as fullerene.

CNTの平均長さは特に限定されず、組成物の用途に応じて適宜選択することができる。具体的には、電極間距離にもよるが、製造容易性、成膜性、導電性等の観点から、CNTの平均長さが0.01〜2000μmが好ましく、0.1〜1000μmがより好ましく、1〜1000μmが特に好ましい。   The average length of CNT is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the use of the composition. Specifically, although it depends on the distance between the electrodes, the average length of the CNT is preferably 0.01 to 2000 μm, more preferably 0.1 to 1000 μm from the viewpoints of manufacturability, film formability, conductivity, and the like. 1 to 1000 μm is particularly preferable.

CNTの直径は特に限定されないが、耐久性、透明性、成膜性、導電性等の観点から、100nm以下が好ましく、50nm以下がより好ましく、15nm以下が好ましい。下限は特に制限されないが、0.4nm以上の場合が多い。
特に、単層CNTを用いる場合には、0.5〜2.2nmが好ましく、は1.0〜2.2nmがより好ましく、1.5〜2.0nmが特に好ましい。
The diameter of the CNT is not particularly limited, but is preferably 100 nm or less, more preferably 50 nm or less, and preferably 15 nm or less from the viewpoints of durability, transparency, film formability, conductivity, and the like. The lower limit is not particularly limited, but is often 0.4 nm or more.
In particular, when single-walled CNT is used, 0.5 to 2.2 nm is preferable, 1.0 to 2.2 nm is more preferable, and 1.5 to 2.0 nm is particularly preferable.

本発明は、CNTを修飾または処理したCNTも利用可能である。修飾または処理方法としては、フェロセン誘導体や窒素置換フラーレン(アザフラーレン)を内包する方法、イオンドーピング法によりアルカリ金属(カリウムなど)や金属元素(インジウムなど)をCNTにドープする方法、真空中でCNTを加熱する方法等が例示される。
また、CNTを利用する場合には、単層CNTや多層CNTの他に、カーボンナノホーン、カーボンナノコイル、カーボンナノビーズ、グラファイト、グラフェン、アモルファスカーボン等のナノカーボンが含まれてもよい。
In the present invention, CNTs modified or treated with CNTs can also be used. The modification or treatment method includes a method of including a ferrocene derivative or nitrogen-substituted fullerene (azafullerene), a method of doping an alkali metal (such as potassium) or a metal element (such as indium) into the CNT by an ion doping method, or CNT in a vacuum. The method etc. which heat this are illustrated.
When CNT is used, in addition to single-walled CNT and multi-walled CNT, nanocarbon such as carbon nanohorn, carbon nanocoil, carbon nanobead, graphite, graphene, and amorphous carbon may be included.

熱電変換層中におけるCNTの含有量は特に制限されないが、熱電変換層の性能がより優れる点で、熱電変換層の全質量に対して、5〜80質量%であることが好ましく、5〜70質量%であることがより好ましく、5〜50質量%であることが特に好ましい。   The content of CNT in the thermoelectric conversion layer is not particularly limited, but is preferably 5 to 80% by mass with respect to the total mass of the thermoelectric conversion layer in terms of more excellent performance of the thermoelectric conversion layer, and 5 to 70. It is more preferable that it is mass%, and it is especially preferable that it is 5-50 mass%.

熱電変換層にはCNT以外の成分が含まれていてもよい。
例えば、熱電変換層には、必要に応じて、バインダとして樹脂材料が含まれていてもよい。
樹脂材料は、公知の各種の非導電性の樹脂材料(ポリマー)が利用可能である。
具体的には、ビニル化合物、(メタ)アクリレート化合物、カーボネート化合物、エステル化合物、エポキシ化合物、シロキサン化合物、ゼラチン等の公知の各種の樹脂材料が利用可能である。
樹脂材料の含有量は特に制限されないが、熱電変換層の機械的強度の点で、樹脂材料/CNTの質量比で0.5〜10が好ましく、0.5〜5がより好ましく、1〜4がさらに好ましい。
The thermoelectric conversion layer may contain components other than CNT.
For example, the thermoelectric conversion layer may contain a resin material as a binder as necessary.
Various known non-conductive resin materials (polymers) can be used as the resin material.
Specifically, various known resin materials such as vinyl compounds, (meth) acrylate compounds, carbonate compounds, ester compounds, epoxy compounds, siloxane compounds, and gelatin can be used.
The content of the resin material is not particularly limited, but in terms of the mechanical strength of the thermoelectric conversion layer, the resin material / CNT mass ratio is preferably 0.5 to 10, more preferably 0.5 to 5, and preferably 1 to 4. Is more preferable.

熱電変換層には、必要に応じて、分散剤(CNTの分散剤)が含まれていてもよい。分散剤としては、界面活性剤が好ましく挙げられる。
界面活性剤は、CNTを分散させる機能を有するものであれば、公知の界面活性剤を使用することができる。より具体的には、界面活性剤は、水、極性溶媒、水と極性溶媒との混合物に溶解し、CNTを吸着する基を有するものであれば、各種の界面活性剤が利用可能である。
従って、界面活性剤は、イオン性でも非イオン性でもよい。また、イオン性の界面活性剤は、カチオン性、アニオン性および両性のいずれでもよい。
一例として、アニオン性界面活性剤としては、ドデシルベンゼンスルホン酸等のアルキルベンゼンスルホン酸塩、ドデシルフェニルエーテルスルホン酸塩等の芳香族スルホン酸系界面活性剤、モノソープ系アニオン性界面活性剤、エーテルサルフェート系界面活性剤、フォスフェート系界面活性剤およびでデオキシコール酸ナトリウムやコール酸ナトリウム等のカルボン酸系界面活性剤、カルボキシメチルセルロースおよびその塩(ナトリウム塩、アンモニウム塩等)、ポリスチレンスルホン酸アンモニウム塩、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩等の水溶性ポリマーなどが例示される。
カチオン性界面活性剤としては、アルキルアミン塩、第四級アンモニウム塩などが例示される。両性界面活性剤としては、アルキルベタイン系界面活性剤、アミンオキサイド系界面活性剤などが例示される。
さらに、非イオン性界面活性剤としては、ソルビタン脂肪酸エステルなどの糖エステル系界面活性剤、ポリオキシエチレン樹脂酸エステルどの脂肪酸エステル系界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテルなどのエーテル系界面活性剤などが例示される。
なかでも、イオン性の界面活性剤は好適に利用され、その中でも、コール酸塩やデオキシコール酸塩は好適に利用される。
The thermoelectric conversion layer may contain a dispersant (CNT dispersant) as necessary. A surfactant is preferably used as the dispersant.
As the surfactant, a known surfactant can be used as long as it has a function of dispersing CNTs. More specifically, various surfactants can be used as long as they have a group that dissolves in water, a polar solvent, or a mixture of water and a polar solvent and adsorbs CNTs.
Accordingly, the surfactant may be ionic or nonionic. The ionic surfactant may be any of cationic, anionic and amphoteric.
Examples of the anionic surfactant include alkylbenzene sulfonates such as dodecylbenzene sulfonic acid, aromatic sulfonic acid surfactants such as dodecyl phenyl ether sulfonate, monosoap anionic surfactants, ether sulfates Surfactants, phosphate surfactants and carboxylic acid surfactants such as sodium deoxycholate and sodium cholate, carboxymethylcellulose and salts thereof (sodium salt, ammonium salt, etc.), ammonium polystyrene sulfonate, Examples thereof include water-soluble polymers such as polystyrene sulfonate sodium salt.
Examples of the cationic surfactant include alkylamine salts and quaternary ammonium salts. Examples of amphoteric surfactants include alkylbetaine surfactants and amine oxide surfactants.
Furthermore, nonionic surfactants include sugar ester surfactants such as sorbitan fatty acid esters, fatty acid ester surfactants such as polyoxyethylene resin acid esters, ether surfactants such as polyoxyethylene alkyl ethers, etc. Is exemplified.
Among these, ionic surfactants are preferably used, and among them, cholate and deoxycholate are preferably used.

熱電変換層が界面活性剤を含有する場合には、その含有量は、低い方が好ましい。具体的には、界面活性剤/CNTの質量比が5以下であるのが好ましく、2以下であるのがより好ましい。   When the thermoelectric conversion layer contains a surfactant, the content is preferably low. Specifically, the surfactant / CNT mass ratio is preferably 5 or less, and more preferably 2 or less.

上記以外にも熱電変換層には、ドーパント、消泡剤、乾燥防止剤、防かび剤等が含まれていてもよい。   In addition to the above, the thermoelectric conversion layer may contain dopants, antifoaming agents, drying inhibitors, fungicides, and the like.

熱電変換層の平均厚さは、温度差を付与する観点等から、0.1〜1000μmが好ましく、1〜100μmがより好ましい。
なお、熱電変換層の平均厚さは、任意の10点における熱電変換層の厚みを測定し、それらを算術平均して求める。
The average thickness of the thermoelectric conversion layer is preferably 0.1 to 1000 μm and more preferably 1 to 100 μm from the viewpoint of imparting a temperature difference.
In addition, the average thickness of a thermoelectric conversion layer measures the thickness of the thermoelectric conversion layer in arbitrary 10 points | pieces, and calculates | requires them by arithmetic average.

熱電変換層の形成方法は特に制限されないが、一例として、水や有機溶剤等の溶剤に、CNT、および、さらに必要に応じて添加される樹脂材料や界面活性剤等の成分を溶解あるいは分散してなるCNT分散液を用いる方法が挙げられる。
上述した、表面処理基板上に上記CNT分散液を塗布し、成膜することにより、熱電変換層を形成することができる。
成膜方法は特に限定されず、例えば、スピンコート法、エクストルージョンダイコート法、ブレードコート法、バーコート法、スクリーン印刷法、ステンシル印刷法、ロールコート法、カーテンコート法、スプレーコート法、ディップコート法、インクジェット法など、公知の塗布方法を用いることができる。
なお、熱電変換層を所定の位置に作製する際には、CNT分散液をパターン状に塗布する方法を用いることができる。
一例として、印刷法によって、表面処理基板上にCNT分散液をパターン印刷する方法が例示される。印刷方法は、スクリーン印刷、メタルマスク印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷等、公知の各種の印刷法が利用可能である。
また、表面処理基板上の所定位置に型枠やマスクを設け、この型枠やマスクによって、CNT分散液やペーストをパターン状に塗布する方法も利用可能である。
また、塗布後は、必要に応じて乾燥工程を行う。例えば、熱風を吹き付けることにより溶媒を揮発、乾燥させることができる。
The method for forming the thermoelectric conversion layer is not particularly limited, but as an example, CNT and a component such as a resin material or a surfactant added as necessary are dissolved or dispersed in a solvent such as water or an organic solvent. And a method using a CNT dispersion liquid.
A thermoelectric conversion layer can be formed by applying the CNT dispersion on the surface-treated substrate and forming a film.
The film forming method is not particularly limited. For example, spin coating method, extrusion die coating method, blade coating method, bar coating method, screen printing method, stencil printing method, roll coating method, curtain coating method, spray coating method, dip coating. A known coating method such as a method or an ink jet method can be used.
In addition, when producing a thermoelectric conversion layer in a predetermined position, the method of apply | coating a CNT dispersion liquid in a pattern form can be used.
As an example, a method of pattern printing a CNT dispersion liquid on a surface-treated substrate by a printing method is exemplified. As the printing method, various known printing methods such as screen printing, metal mask printing, gravure printing, flexographic printing, and offset printing can be used.
Further, it is also possible to use a method in which a mold or mask is provided at a predetermined position on the surface treatment substrate, and a CNT dispersion liquid or paste is applied in a pattern using the mold or mask.
Moreover, after application | coating, a drying process is performed as needed. For example, the solvent can be volatilized and dried by blowing hot air.

さらに、CNT分散液等をパターン状に塗布するのではなく、表面処理基板の全面にCNT分散液を塗布、乾燥した後、レーザー彫刻、サンドブラスト法、電子ビーム法、プラズマエッチング等のエッチングによって不要な部分を除去することにより、熱電変換層をパターニングして形成する方法も、利用できる。
なお、エッチングは、必要に応じて、フォトリソグラフィーを利用して形成したマスクや、メタルマスク等を用いて行ってもよい。
Furthermore, instead of applying a CNT dispersion or the like in a pattern, the CNT dispersion is applied to the entire surface of the surface-treated substrate, dried, and then unnecessary by etching such as laser engraving, sandblasting, electron beam method, or plasma etching. A method of patterning the thermoelectric conversion layer by removing the portion can also be used.
Note that etching may be performed using a mask formed using photolithography, a metal mask, or the like, if necessary.

[保護基板]
保護基板は、熱電変換層上に配置される基板であり、熱電変換層を外部から保護する。保護基板は、必要に応じて、配置されればよい。
保護基板の種類は特に制限されず、熱電変換素子の耐曲げ性の点からは、樹脂基板が好ましい。樹脂基板の具体例としては、上述した表面処理基板で使用される樹脂基板で述べた具体例などが挙げられる。
[Protection board]
The protective substrate is a substrate disposed on the thermoelectric conversion layer, and protects the thermoelectric conversion layer from the outside. The protective substrate may be disposed as necessary.
The kind in particular of a protective substrate is not restrict | limited, From the point of the bending resistance of a thermoelectric conversion element, a resin substrate is preferable. Specific examples of the resin substrate include the specific examples described for the resin substrate used in the surface treatment substrate described above.

<第2実施態様>
図2(A)〜図2(C)に、本発明の熱電変換素子の第2実施態様を概念的に示す。なお、図2(A)は上面図(図2(B)を紙面上方から見た図)、図2(B)は正面図(後述する基板等の面方向から見た図)、図2(C)は底面図(図2(B)を紙面下方から見た図)である。
<Second Embodiment>
FIG. 2A to FIG. 2C conceptually show a second embodiment of the thermoelectric conversion element of the present invention. 2A is a top view (a view of FIG. 2B viewed from above), FIG. 2B is a front view (a view of a substrate or the like to be described later), and FIG. C) is a bottom view (a view of FIG. 2B viewed from the lower side of the drawing).

図2(A)〜図2(C)に示すように、熱電変換素子10は、基本的に、第1基板12と、熱電変換層16と、粘着層18と、第2基板20と、第1電極26および第2電極28とを有して構成される。
具体的には、第1基板12の表面には、熱電変換層16が形成される。また、第1基板12の表面には、熱電変換層16を第1基板12の基板面方向(以下、単に『面方向』とも言う。言い換えれば、第1基板12および第2基板20を積層する方向とは直交する方向。)に挟むようにして、熱電変換層16に接続して第1電極26および第2電極28(電極対)が形成される。さらに、第1基板12、熱電変換層16、第1電極26および第2電極28を覆うように、粘着層18が設けられ、この粘着層18には、第2基板20が貼着される。
As shown in FIGS. 2A to 2C, the thermoelectric conversion element 10 basically includes a first substrate 12, a thermoelectric conversion layer 16, an adhesive layer 18, a second substrate 20, The first electrode 26 and the second electrode 28 are included.
Specifically, the thermoelectric conversion layer 16 is formed on the surface of the first substrate 12. Further, the thermoelectric conversion layer 16 is also referred to as a substrate surface direction of the first substrate 12 (hereinafter simply referred to as “surface direction”. In other words, the first substrate 12 and the second substrate 20 are stacked. The first electrode 26 and the second electrode 28 (electrode pair) are formed by being connected to the thermoelectric conversion layer 16 so as to be sandwiched in a direction perpendicular to the direction. Furthermore, an adhesive layer 18 is provided so as to cover the first substrate 12, the thermoelectric conversion layer 16, the first electrode 26, and the second electrode 28, and the second substrate 20 is attached to the adhesive layer 18.

図2に示すように、第1基板12は、低熱伝導部12a、および、低熱伝導部12aよりも熱伝導率が高い高熱伝導部12bを有する。同様に、第2基板20も、低熱伝導部20a、および、低熱伝導部20aよりも熱伝導率が高い高熱伝導部20bを有する。熱電変換素子10においては、第1基板12の高熱伝導部12bが本発明における第1高熱伝導部に、第2基板20の低熱伝導部20aが本発明における低熱伝導層に、第2基板20の高熱伝導部20bが本発明における第2高熱伝導部に、それぞれ対応する。
なお、後段で詳述するように、第1基板12中の低熱伝導部12aが、上述した表面処理基板に該当する。
As shown in FIG. 2, the first substrate 12 includes a low thermal conductivity portion 12 a and a high thermal conductivity portion 12 b having a higher thermal conductivity than the low thermal conductivity portion 12 a. Similarly, the 2nd board | substrate 20 also has the high heat conductive part 20b whose heat conductivity is higher than the low heat conductive part 20a and the low heat conductive part 20a. In the thermoelectric conversion element 10, the high heat conduction part 12b of the first substrate 12 is the first high heat conduction part in the present invention, the low heat conduction part 20a of the second substrate 20 is the low heat conduction layer in the present invention, and the second substrate 20 The high heat conduction portion 20b corresponds to the second high heat conduction portion in the present invention.
As will be described in detail later, the low thermal conductivity portion 12a in the first substrate 12 corresponds to the surface-treated substrate described above.

熱電変換素子10において、両基板は、互いの高熱伝導部が、第1電極26と第2電極28との離間方向(すなわち通電方向)に異なる位置となるように配置される。
熱電変換素子10は、好ましい態様として、粘着層18で貼着される第2基板20を有し、さらに、第1基板12および第2基板20が、共に、低熱伝導部および高熱伝導部を有する。熱電変換素子10は、高熱伝導部および低熱伝導部を有する基板を2枚用い、両基板の高熱伝導部を面方向に異なる位置として、この2枚の基板で熱電変換層を挟持してなる構成を有する。
In the thermoelectric conversion element 10, the two substrates are arranged such that their high heat conduction portions are located at different positions in the separation direction (that is, the energization direction) between the first electrode 26 and the second electrode 28.
The thermoelectric conversion element 10 has the 2nd board | substrate 20 stuck by the adhesion layer 18 as a preferable aspect, and also the 1st board | substrate 12 and the 2nd board | substrate 20 have both a low heat conduction part and a high heat conduction part. . The thermoelectric conversion element 10 has a configuration in which two substrates having a high heat conduction portion and a low heat conduction portion are used, and the high heat conduction portions of the two substrates are located at different positions in the plane direction, and the thermoelectric conversion layer is sandwiched between the two substrates. Have

すなわち、熱電変換素子10は、熱電変換層の面方向に温度差を生じさせて熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換素子(以下、in plane型の熱電変換素子とも言う)であって、図示例においては、低熱伝導部と低熱伝導部よりも熱伝導率が高い高熱伝導部とを有する基板を用いることにより、熱電変換層16の面方向に温度差を生じさせて、熱エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。   That is, the thermoelectric conversion element 10 is a thermoelectric conversion element (hereinafter also referred to as an in-plane type thermoelectric conversion element) that generates a temperature difference in the surface direction of the thermoelectric conversion layer and converts heat energy into electric energy. In the example shown, by using a substrate having a low thermal conductivity portion and a high thermal conductivity portion having a higher thermal conductivity than the low thermal conductivity portion, a temperature difference is caused in the surface direction of the thermoelectric conversion layer 16 to convert the thermal energy into electrical energy. Can be converted to

なお、本発明における高熱伝導部または低熱伝導部とは、隣接する層(隣接する高熱伝導部または低熱伝導部)に対して熱伝導率が高い、または低いことを示す。高熱伝導部と低熱伝導部との熱伝導率の比は、100:1以下が好ましく、500:1以下がより好ましく、100:1以下がさらに好ましい。   In addition, the high heat conduction part or the low heat conduction part in the present invention indicates that the thermal conductivity is high or low with respect to the adjacent layer (adjacent high heat conduction part or low heat conduction part). The ratio of the thermal conductivity between the high heat conduction part and the low heat conduction part is preferably 100: 1 or less, more preferably 500: 1 or less, and even more preferably 100: 1 or less.

図示例の熱電変換素子10において、第1基板12および第2基板20は、配置位置、および、表裏や面方向(基板面方向)の向きが異なり、さらに、第1基板12中の低熱伝導部12aが上述した表面処理基板に該当する点を除いて、その構成は同じである。従って、以下の説明では、第1基板12と第2基板20とを区別する必要が有る場合を除いて、第1基板12を代表例として説明を行う。   In the illustrated thermoelectric conversion element 10, the first substrate 12 and the second substrate 20 have different arrangement positions, front and back surfaces, and directions in the surface direction (substrate surface direction), and further, the low heat conduction portion in the first substrate 12. The configuration is the same except that 12a corresponds to the above-described surface-treated substrate. Therefore, in the following description, the first substrate 12 will be described as a representative example, unless the first substrate 12 and the second substrate 20 need to be distinguished.

図示例の熱電変換素子10において、第1基板12(第2基板20)は、低熱伝導部12a(低熱伝導部20a)となる板状物の、一方の面の半分の領域を覆うように、高熱伝導部12b(高熱伝導部20b)を積層してなる構成を有する。すなわち、第1基板12において、高熱伝導部12bは、低熱伝導部12aすなわち第1基板12の半面を覆うように設けられる。
従って、第1基板12の一面は、面方向の半分の領域が低熱伝導部12aで、残りの半分の領域は高熱伝導部12bとなる。また、第1基板12の他方の面(12c)は、全面が低熱伝導部12aとなる。熱電変換素子10では、第1基板12の低熱伝導部12aの高熱伝導部12bが形成されていない側の面(12c)が、熱電変換層16の形成面となる。
In the illustrated thermoelectric conversion element 10, the first substrate 12 (second substrate 20) covers a region on one half of one surface of the plate-like material that becomes the low thermal conduction portion 12 a (low thermal conduction portion 20 a). It has a configuration in which the high heat conduction part 12b (high heat conduction part 20b) is laminated. In other words, in the first substrate 12, the high thermal conductivity portion 12 b is provided so as to cover the low thermal conductivity portion 12 a, that is, the half surface of the first substrate 12.
Accordingly, on one surface of the first substrate 12, a half region in the surface direction is the low heat conduction portion 12a, and the other half region is the high heat conduction portion 12b. Further, the entire surface of the other surface (12c) of the first substrate 12 becomes the low thermal conductive portion 12a. In the thermoelectric conversion element 10, the surface (12 c) of the first substrate 12 on which the high heat conductive portion 12 b of the low heat conductive portion 12 a is not formed becomes the formation surface of the thermoelectric conversion layer 16.

なお、本発明の熱電変換素子において、第1基板12は、低熱伝導部の表面に高熱伝導部を積層してなる構成以外にも、各種の構成が利用可能である。例えば、第1基板は、図5(A)に概念的に示すように、低熱伝導部12aとなる板状物の、一方の面の半分の領域に凹部を形成して、この凹部に、表面が均一となるように高熱伝導部12bを組み込んでなる構成でもよい。   In addition, in the thermoelectric conversion element of this invention, the 1st board | substrate 12 can utilize various structures other than the structure formed by laminating | stacking a high heat conduction part on the surface of a low heat conduction part. For example, as conceptually shown in FIG. 5 (A), the first substrate is formed with a recess in a half region of one surface of the plate-like material that becomes the low heat conduction portion 12a, The structure which incorporates the high heat conductive part 12b so that may become uniform may be sufficient.

低熱伝導部12aは、上述した表面処理基板に該当する。より具体的には、低熱伝導部12aの熱電変換層16側の表面12cは、上述した表面処理基板2の表面処理が施された表面2aに該当する。熱電変換素子10においては、低熱伝導部12aの表面12c上に熱電変換層16が配置されており、低熱伝導部12aと熱電変換層16との密着性に優れる。
なお、低熱伝導部20aとしては、公知の樹脂基板を使用することができる。樹脂基板の種類としては、上述した第1実施態様で述べた例が挙げられる。
The low heat conduction part 12a corresponds to the surface treatment substrate described above. More specifically, the surface 12c on the thermoelectric conversion layer 16 side of the low thermal conductive portion 12a corresponds to the surface 2a on which the surface treatment of the surface treatment substrate 2 described above is performed. In the thermoelectric conversion element 10, the thermoelectric conversion layer 16 is arrange | positioned on the surface 12c of the low heat conductive part 12a, and it is excellent in the adhesiveness of the low heat conductive part 12a and the thermoelectric conversion layer 16. FIG.
A known resin substrate can be used as the low thermal conductive portion 20a. Examples of the resin substrate include the examples described in the first embodiment.

高熱伝導部12bは、低熱伝導部12aよりも熱伝導率が高いものであれば、各種の材料からなるフィルムや金属箔が例示される。
具体的には、熱伝導率等の点で、金、銀、銅、アルミニウム等の各種の金属が例示される。中でも、熱伝導率、経済性等の点で、銅およびアルミニウムは好適に利用される。
As long as the high heat conductive part 12b has a heat conductivity higher than the low heat conductive part 12a, the film and metal foil which consist of various materials are illustrated.
Specifically, various metals such as gold, silver, copper, and aluminum are exemplified in terms of thermal conductivity and the like. Among these, copper and aluminum are preferably used in terms of thermal conductivity, economy, and the like.

なお、本発明において、第1基板12の厚さ、低熱伝導部12aの厚さ、高熱伝導部12bの厚さ等は、高熱伝導部12bおよび低熱伝導部12aの形成材料、熱電変換素子10の大きさ等に応じて、適宜、設定すればよい。なお、第1基板12の厚さとは、高熱伝導部12bが無い領域の低熱伝導部12aの厚さである。本発明者らの検討によれば、第1基板12の厚さは、2〜100μmが好ましく、2〜50μmがより好ましい。
また、第1基板12の面方向(基板面と直交する方向から見た際)の大きさ、第1基板12における高熱伝導部12bの面方向の面積率等も、低熱伝導部12aおよび高熱伝導部12bの形成材料、熱電変換素子10の大きさ等に応じて、適宜、設定すればよい。
In the present invention, the thickness of the first substrate 12, the thickness of the low thermal conductive portion 12a, the thickness of the high thermal conductive portion 12b, etc. are the same as the forming material of the high thermal conductive portion 12b and the low thermal conductive portion 12a. What is necessary is just to set suitably according to a magnitude | size. In addition, the thickness of the 1st board | substrate 12 is the thickness of the low heat conductive part 12a of the area | region which does not have the high heat conductive part 12b. According to the study by the present inventors, the thickness of the first substrate 12 is preferably 2 to 100 μm, and more preferably 2 to 50 μm.
In addition, the size in the surface direction of the first substrate 12 (when viewed from the direction orthogonal to the substrate surface), the area ratio in the surface direction of the high heat conduction portion 12b in the first substrate 12, and the like are also included. What is necessary is just to set suitably according to the formation material of the part 12b, the magnitude | size of the thermoelectric conversion element 10, etc. FIG.

さらに、第1基板12における高熱伝導部12bの面方向の位置も、図示例に限定されず、各種の位置が利用可能である。
例えば、第1基板12において、高熱伝導部12bは、面方向において低熱伝導部12aに内包されてもよい。あるいは、高熱伝導部12bは、面方向において、一部を第1基板12の端部に位置し、それ以外の領域を低熱伝導部12aに内包されてもよい。
さらに、第1基板12は、面方向に複数の高熱伝導部12bを有してもよい。
Furthermore, the position of the first substrate 12 in the surface direction of the high thermal conductive portion 12b is not limited to the illustrated example, and various positions can be used.
For example, in the 1st board | substrate 12, the high heat conductive part 12b may be included in the low heat conductive part 12a in the surface direction. Alternatively, a part of the high heat conduction unit 12b may be located at the end of the first substrate 12 in the plane direction, and the other region may be included in the low heat conduction unit 12a.
Further, the first substrate 12 may have a plurality of high heat conducting portions 12b in the surface direction.

なお、図2に示す熱電変換素子10は、第1基板12と第2基板20との間での温度差を生じ易い好ましい態様として、第1基板12および第2基板20は、共に、高熱伝導部12bおよび高熱伝導部20bを積層方向の外側に位置している。
しかしながら、本発明は、これ以外にも、第1基板12および第2基板20が、共に、高熱伝導部12bおよび高熱伝導部20bを積層方向の内側に位置する構成でもよい。あるいは、第1基板12が高熱伝導部12bを積層方向の外側に位置し、第2基板20が高熱伝導部20bを積層方向の内側に位置するような構成でもよい。
なお、高熱伝導部が金属等の導電性を有する材料で形成され、かつ、高熱伝導部が積層方向の内側に配置される構成において、高熱伝導部と、第1電極26、第2電極28および熱電変換層16の少なくとも1つとが電気的に接続されてしまう場合には、高熱伝導部と、第1電極26、第2電極28および熱電変換層16の少なくとも1つとの絶縁性を確保するために、間に絶縁層を設けてもよい。
2 is a preferable mode in which a temperature difference between the first substrate 12 and the second substrate 20 is likely to occur, both the first substrate 12 and the second substrate 20 have high thermal conductivity. The part 12b and the high heat conduction part 20b are located outside in the stacking direction.
However, the present invention may have a configuration in which the first substrate 12 and the second substrate 20 both have the high heat conduction portion 12b and the high heat conduction portion 20b located inside in the stacking direction. Alternatively, the first substrate 12 may be configured such that the high heat conductive portion 12b is positioned outside in the stacking direction, and the second substrate 20 is positioned such that the high heat conductive portion 20b is positioned inside in the stacking direction.
In the configuration in which the high heat conduction part is formed of a conductive material such as metal and the high heat conduction part is disposed inside the stacking direction, the high heat conduction part, the first electrode 26, the second electrode 28, and In a case where at least one of the thermoelectric conversion layers 16 is electrically connected, in order to ensure insulation between the high heat conduction portion and at least one of the first electrode 26, the second electrode 28, and the thermoelectric conversion layer 16. In addition, an insulating layer may be provided therebetween.

熱電変換素子10において、第1基板12の全面が低熱伝導部12aである面(12c)には、熱電変換層16が形成される。なお、上述したように、表面12cは、上述した表面処理基板の表面処理が施された面に該当する。
熱電変換層16の態様は、上述した第1実施態様の熱電変換層5の態様と同じであり、CNTが少なくとも含まれる。
また、熱電変換層16の上には、粘着層18を介して第2基板20が設けられる。第2基板20は、低熱伝導部20aの高熱伝導部20bが形成されていない側の面を熱電変換層16に向けて設けられる。
両基板の高熱伝導部12bおよび20bは、熱電変換層16の面方向に効率的に温度差を生じさせるように配置される。即ち、両基板の高熱伝導部12bおよび20bは、熱電変換層16に対して、面方向に異なる位置に配置されるのが好ましく、両基板の低熱伝導部と高熱伝導部との境界を、熱電変換層16の面方向の中心に一致して設けることがより好ましく、この境界が電極の離間方向に離間するように配置されるのがさらに好ましい。
また、熱電変換層16には、面方向に挟むように、第1電極26および第2電極28からなる電極対が接続される。
In the thermoelectric conversion element 10, the thermoelectric conversion layer 16 is formed on the surface (12 c) where the entire surface of the first substrate 12 is the low thermal conductive portion 12 a. As described above, the surface 12c corresponds to the surface of the surface treatment substrate that has been subjected to the surface treatment.
The aspect of the thermoelectric conversion layer 16 is the same as the aspect of the thermoelectric conversion layer 5 of the first embodiment described above, and includes at least CNT.
In addition, the second substrate 20 is provided on the thermoelectric conversion layer 16 via the adhesive layer 18. The second substrate 20 is provided with the surface of the low heat conductive portion 20 a on which the high heat conductive portion 20 b is not formed facing the thermoelectric conversion layer 16.
The high thermal conductive portions 12b and 20b of both the substrates are arranged so as to efficiently generate a temperature difference in the surface direction of the thermoelectric conversion layer 16. That is, it is preferable that the high heat conductive portions 12b and 20b of both the substrates are arranged at different positions in the plane direction with respect to the thermoelectric conversion layer 16, and the boundary between the low heat conductive portion and the high heat conductive portion of both the substrates is More preferably, the conversion layer 16 is provided so as to coincide with the center of the surface direction, and it is further preferable that the boundary is spaced apart in the electrode separation direction.
The thermoelectric conversion layer 16 is connected to an electrode pair including the first electrode 26 and the second electrode 28 so as to be sandwiched in the surface direction.

熱電変換素子は、例えば、熱源との接触などによる加熱によって温度差が生じることにより、この温度差に応じて、熱電変換層の内部において、この温度差の方向のキャリア密度に差が生じ、電力が発生する。
例えば、第1基板12側に熱源を設け、第1基板12の高熱伝導部12bと、第2基板20の高熱伝導部20bとの間に温度差を生じさせることにより、熱電変換層16の内部において、この温度差の方向のキャリア密度に差が生じ、発電する。また、第1電極26および第2電極28に配線を接続することにより、加熱によって発生した電力(電気エネルギー)が取り出される。
For example, a thermoelectric conversion element generates a temperature difference due to heating due to contact with a heat source or the like, and accordingly, in the thermoelectric conversion layer, a difference occurs in the carrier density in the direction of the temperature difference in accordance with the temperature difference. Occurs.
For example, a heat source is provided on the first substrate 12 side, and a temperature difference is generated between the high heat conductive portion 12b of the first substrate 12 and the high heat conductive portion 20b of the second substrate 20, thereby causing the inside of the thermoelectric conversion layer 16 to be inside. Therefore, a difference occurs in the carrier density in the direction of the temperature difference, and power is generated. Further, by connecting wiring to the first electrode 26 and the second electrode 28, electric power (electric energy) generated by heating is taken out.

本発明の熱電変換素子10において、熱電変換層16の厚さ、面方向の大きさ、基板に対する面方向の面積率等は、熱電変換層16の形成材料、熱電変換素子10の大きさ等に応じて、適宜、設定すればよい。   In the thermoelectric conversion element 10 of the present invention, the thickness of the thermoelectric conversion layer 16, the size in the surface direction, the area ratio in the surface direction with respect to the substrate, and the like depend on the forming material of the thermoelectric conversion layer 16, the size of the thermoelectric conversion element 10, etc. Accordingly, it may be set appropriately.

図2(A)〜図2(C)に示す例においては、熱電変換層16は、直方体状であるが、本発明の熱電変換素子において、熱電変換層16は、各種の形状が利用可能である。
例えば、熱電変換層は、四角錐台状等であってもよい。あるいは、円柱状、四角以外の角柱状、円錐台、角錐台、不定形状等であってもよい。
In the example shown in FIGS. 2A to 2C, the thermoelectric conversion layer 16 has a rectangular parallelepiped shape, but in the thermoelectric conversion element of the present invention, various shapes can be used for the thermoelectric conversion layer 16. is there.
For example, the thermoelectric conversion layer may have a quadrangular pyramid shape or the like. Alternatively, it may be a columnar shape, a prism shape other than a square shape, a truncated cone, a truncated pyramid, an indefinite shape, or the like.

第1基板12の表面には、熱電変換層16を面方向で挟むように、第1電極26および第2電極28が設けられる。
熱電変換素子10においては、図2(A)〜図2(C)等に示すように、第1電極26および第2電極28は、熱電変換層16の端部で第1基板12から立ち上がり、熱電変換層16の側面から上面の端部近傍に到る形状を有している。
A first electrode 26 and a second electrode 28 are provided on the surface of the first substrate 12 so as to sandwich the thermoelectric conversion layer 16 in the surface direction.
In the thermoelectric conversion element 10, the first electrode 26 and the second electrode 28 rise from the first substrate 12 at the end of the thermoelectric conversion layer 16, as shown in FIGS. The thermoelectric conversion layer 16 has a shape extending from the side surface to the vicinity of the end of the upper surface.

なお、本発明の熱電変換素子において、第1電極26および第2電極28の形状は、図2(A)〜図2(C)に示される形状に限定はされず、十分な導電性で熱電変換層16に接続されるものであれば、各種の形状が利用可能である。
例えば、図3(A)に概念的に示すように、第1基板12の表面に離間して形成された板状の第1電極30および第2電極32の端部を、熱電変換層16が覆うような構成であってもよい。図2(B)等に示される構成は、第1基板12の表面に熱電変換層を形成した後に、第1電極26および第2電極28を形成することで作製できる。これに対し、図3(A)に示される構成は、先に第1基板12の表面に第1電極30および第2電極32を形成した後に、熱電変換層16を形成することで、作製できる。
また、図3(B)に概念的に示すように、図3(A)に示される構成に、さらに、第1電極30および第2電極32に接続して、熱電変換層16の側面から上面の端部近傍に至って接触する補助電極30aおよび32aを有する構成であってもよい。
さらに、図3(C)に概念的に示すように、熱電変換層16の側面に、第1電極34および第2電極36が当接するだけの構成であってもよい。
In the thermoelectric conversion element of the present invention, the shapes of the first electrode 26 and the second electrode 28 are not limited to the shapes shown in FIGS. 2A to 2C, and are sufficiently conductive and thermoelectric. Various shapes can be used as long as they are connected to the conversion layer 16.
For example, as conceptually shown in FIG. 3A, the end portions of the plate-like first electrode 30 and the second electrode 32 formed on the surface of the first substrate 12 are connected to the thermoelectric conversion layer 16. The structure which covers may be sufficient. The structure shown in FIG. 2B and the like can be manufactured by forming the first electrode 26 and the second electrode 28 after forming the thermoelectric conversion layer on the surface of the first substrate 12. On the other hand, the configuration shown in FIG. 3A can be manufactured by forming the thermoelectric conversion layer 16 after first forming the first electrode 30 and the second electrode 32 on the surface of the first substrate 12. .
Further, as conceptually shown in FIG. 3 (B), the structure shown in FIG. 3 (A) is further connected to the first electrode 30 and the second electrode 32, and from the side surface of the thermoelectric conversion layer 16 to the upper surface. The structure which has the auxiliary electrodes 30a and 32a which contact | connects to the edge part vicinity may be sufficient.
Further, as conceptually shown in FIG. 3C, the first electrode 34 and the second electrode 36 may be in contact with the side surface of the thermoelectric conversion layer 16.

第1電極26および第2電極28の態様は、上述した第1実施態様で述べた第1電極3および第2電極4と同義である。   The aspect of the 1st electrode 26 and the 2nd electrode 28 is synonymous with the 1st electrode 3 and the 2nd electrode 4 which were described in the 1st embodiment mentioned above.

また、第1電極26および第2電極28の厚さや大きさ、形状等も、熱電変換層16の厚さや大きさ、形状、熱電変換素子10の大きさ等に応じて、適宜、設定すればよい。   In addition, the thickness, size, shape, and the like of the first electrode 26 and the second electrode 28 may be appropriately set according to the thickness, size, shape, the size of the thermoelectric conversion element 10, etc. of the thermoelectric conversion layer 16. Good.

図示例の熱電変換素子10は、第1基板12の上に、熱電変換層16ならびに第1電極26および第2電極28を覆って粘着層18を有し、この粘着層18に第2基板20が貼着される。   The thermoelectric conversion element 10 of the illustrated example has an adhesive layer 18 on the first substrate 12 so as to cover the thermoelectric conversion layer 16 and the first electrode 26 and the second electrode 28, and the adhesive substrate 18 includes the second substrate 20. Is pasted.

粘着層18の形成材料は、第1基板12(低熱伝導部12a)、第2基板20(低熱伝導部20a)、第1電極26および第2電極28の形成材料等に応じて、これらを貼着可能なものが、各種、利用可能である。
具体的には、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ゴム、EVA(Ethylene-Vinyl Acetate)、α-オレフィンポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリビニルピロリドン、ゼラチン、デンプン等が例示される。また、粘着層18は、市販の両面テープや粘着フィルムを利用して形成してもよい。
The forming material of the adhesive layer 18 is affixed according to the forming material of the first substrate 12 (low heat conduction part 12a), the second substrate 20 (low heat conduction part 20a), the first electrode 26 and the second electrode 28, and the like. A variety of wearable items are available.
Specific examples include acrylic resin, urethane resin, silicone resin, epoxy resin, rubber, EVA (Ethylene-Vinyl Acetate), α-olefin polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, polyvinyl pyrrolidone, gelatin, starch and the like. Moreover, you may form the adhesion layer 18 using a commercially available double-sided tape and an adhesive film.

粘着層18の厚さは、粘着層18の形成材料、第1基板12および第2基板20の形成材料や大きさ等に応じて、十分な密着力が得られ、かつ、熱電変換層16に起因する段差を埋められる厚さを、適宜、設定すればよい。   The thickness of the adhesive layer 18 is such that sufficient adhesion can be obtained according to the forming material of the adhesive layer 18, the forming material and size of the first substrate 12 and the second substrate 20, and the thermoelectric conversion layer 16. What is necessary is just to set suitably the thickness which can fill the level | step difference resulting from.

なお、本発明の熱電変換素子は、熱電変換層と第1電極および第2電極とを同じ高さとして、粘着層を用いずに、熱電変換層と第1電極および第2電極との上に第2基板を積層して、公知の方法(自己貼着を含む)で第1基板、熱電変換層と第1電極および第2電極、第2基板を、互いに固定してもよい。   In addition, the thermoelectric conversion element of this invention makes the thermoelectric conversion layer, the 1st electrode, and the 2nd electrode the same height, and does not use an adhesion layer, but on the thermoelectric conversion layer, the 1st electrode, and the 2nd electrode. The second substrate may be laminated, and the first substrate, the thermoelectric conversion layer, the first electrode, the second electrode, and the second substrate may be fixed to each other by a known method (including self-adhesion).

図示例の熱電変換素子10は、第1基板12の高熱伝導部12bと、第2基板20の高熱伝導部20bとが、電極間方向に対面して端部を当接するように、面方向の異なる位置に配置される。
本発明の熱電変換素子は、これ以外にも、各種の構成が利用可能である。
例えば、図2(A)〜図2(C)に示す例において、第1基板12の高熱伝導部12bを図中右側に移動し、第2基板20の高熱伝導部20bを図中左側に移動して、面方向において、両高熱伝導部を、電極間方向に離間させてもよい。具体的には、第1基板12の高熱伝導部12bと第2基板20の高熱伝導部20bとは、面方向において、第1電極26と第2電極28との離間方向における熱電変換層16の大きさに対して、電極間方向に10〜90%離間させるのが好ましく、10〜50%離間させるのがより好ましい。
逆に、図2に示す例において、第1基板12の高熱伝導部12bを図中左側に移動し、第2基板20の高熱伝導部20bを図中右側に移動することによって、両基板の高熱伝導部の一部を、面方向で重複させてもよい。
In the illustrated thermoelectric conversion element 10, the high thermal conductive portion 12 b of the first substrate 12 and the high thermal conductive portion 20 b of the second substrate 20 face each other in the inter-electrode direction and abut the end portions thereof. Arranged at different positions.
In addition to this, various configurations can be used for the thermoelectric conversion element of the present invention.
For example, in the example shown in FIGS. 2A to 2C, the high thermal conductivity portion 12b of the first substrate 12 is moved to the right side in the drawing, and the high thermal conduction portion 20b of the second substrate 20 is moved to the left side in the drawing. Then, in the surface direction, both high heat conducting portions may be separated in the inter-electrode direction. Specifically, the high heat conductive portion 12b of the first substrate 12 and the high heat conductive portion 20b of the second substrate 20 are in the plane direction of the thermoelectric conversion layer 16 in the direction in which the first electrode 26 and the second electrode 28 are separated from each other. The size is preferably 10% to 90% apart, more preferably 10% to 50% apart in the direction between the electrodes.
On the other hand, in the example shown in FIG. 2, the high heat conduction portion 12b of the first substrate 12 is moved to the left side in the drawing, and the high heat conduction portion 20b of the second substrate 20 is moved to the right side in the drawing, A part of the conductive portion may overlap in the surface direction.

あるいは、第1基板に円形の高熱伝導部を形成し、第2基板に同サイズ(直径と一辺の長さとが一致)の正方形の高熱伝導部を形成して、両高熱伝導部の中心を面方向で一致させるように、両基板を配置してもよい。この構成でも、距離は短いが、両高熱伝導部は、端部(周辺)位置が面方向で異なるので、熱電変換層には面方向の温度差が生じ、厚さ方向に温度差を生じさせる熱電変換素子に比して、効率の良い発電が可能である。
すなわち、本発明においては、第1基板と第2基板とで、高熱伝導部が面方向に完全に重複しなければ、第1基板および第2基板は、各種の構成が利用可能である。言い換えれば、第1基板および第2基板は、基板面と垂直方向から見た際に、第1基板と第2基板との高熱伝導部が完全に重なっていなければ、各種の構成が利用可能である。
Alternatively, a circular high heat conduction part is formed on the first substrate, and a square high heat conduction part of the same size (diameter and length of one side coincides) is formed on the second substrate, and the center of both high heat conduction parts is faced. You may arrange | position both board | substrates so that it may correspond in a direction. Even in this configuration, although the distance is short, since the end (periphery) positions of the two high heat conducting portions are different in the surface direction, a temperature difference in the surface direction is generated in the thermoelectric conversion layer, and a temperature difference is generated in the thickness direction. Efficient power generation is possible compared to thermoelectric conversion elements.
That is, in the present invention, various configurations can be used for the first substrate and the second substrate as long as the high thermal conductivity portions do not completely overlap in the plane direction between the first substrate and the second substrate. In other words, when the first substrate and the second substrate are viewed from the direction perpendicular to the substrate surface, various configurations can be used as long as the high thermal conductivity portions of the first substrate and the second substrate do not completely overlap. is there.

本発明の熱電変換素子において、低熱伝導層および第2高熱伝導部は、第2基板20を構成する低熱伝導部20aおよび高熱伝導部20bに限定はされず、低熱伝導層と、低熱伝導層に(接して)設けられる、低熱伝導層よりも熱伝導率が高い第2高熱伝導部とを有し(第2高熱伝導部が設けられる、高熱伝導部よりも熱伝導率が低い低熱伝導層とを有し)、かつ、第1高熱伝導部と第2高熱伝導部とが面方向で完全に重複しなければ、各種の構成が利用可能である。   In the thermoelectric conversion element of the present invention, the low heat conduction layer and the second high heat conduction part are not limited to the low heat conduction part 20a and the high heat conduction part 20b constituting the second substrate 20, and the low heat conduction layer and the low heat conduction layer A second high heat conductive portion having a higher thermal conductivity than the low thermal conductive layer provided (in contact with) (a second thermal conductive portion provided with the second high thermal conductive portion; a low thermal conductive layer having a lower thermal conductivity than the high thermal conductive portion; If the first high heat conduction portion and the second high heat conduction portion do not completely overlap in the surface direction, various configurations can be used.

例えば、粘着層18の上に低熱伝導層として絶縁層(絶縁性を有する層)を形成して、その上に、前述の高熱伝導部20bと同様の第2高熱伝導部を設けてもよい。
この際において、絶縁層は、公知の方法で形成すればよい。一例として、樹脂などの絶縁性物質からなる絶縁層を塗布法やフィルム(シート)の貼着によって形成する方法、金属酸化物の蒸着等によって絶縁層を形成する方法等が例示される。
For example, an insulating layer (insulating layer) may be formed on the adhesive layer 18 as a low thermal conductive layer, and a second high thermal conductive portion similar to the high thermal conductive portion 20b described above may be provided thereon.
At this time, the insulating layer may be formed by a known method. As an example, a method of forming an insulating layer made of an insulating material such as a resin by a coating method or sticking a film (sheet), a method of forming an insulating layer by vapor deposition of a metal oxide, or the like is exemplified.

また、図3(C)に示す構成において、熱電変換層16との段差が生じない厚さの第1電極34および第2電極36を形成し、粘着層を設けずに、この熱電変換層16と第1電極34および第2電極36との上に、先と同様に絶縁層を形成して、この絶縁層の上に、高熱伝導部20bと同様の第2高熱伝導部を設けてもよい。
あるいは、図2(A)〜図2(C)等に示される構成において、粘着層18を設けずに、熱電変換層16と、第1電極26および第2電極28とを覆って、段差を埋めるように、先と同様に絶縁層を形成し、この絶縁層の上に、高熱伝導部20bと同様の第2高熱伝導部を設けてもよい。
Further, in the configuration shown in FIG. 3C, the first electrode 34 and the second electrode 36 having a thickness that does not cause a step with respect to the thermoelectric conversion layer 16 are formed, and the thermoelectric conversion layer 16 is not provided with an adhesive layer. An insulating layer may be formed on the first electrode 34 and the second electrode 36 in the same manner as described above, and a second high heat conductive portion similar to the high heat conductive portion 20b may be provided on the insulating layer. .
Alternatively, in the configuration shown in FIG. 2A to FIG. 2C and the like, the adhesive layer 18 is not provided, and the thermoelectric conversion layer 16 and the first electrode 26 and the second electrode 28 are covered to form a step. An insulating layer may be formed in the same manner as described above so as to be buried, and a second high heat conductive portion similar to the high heat conductive portion 20b may be provided on the insulating layer.

さらに、図2(A)〜図2(C)に示される例において、粘着層18が絶縁性を有する場合には、低熱伝導部20aを設けずに、粘着層18を低熱伝導層として、粘着層18の上に、高熱伝導部20bと同様の第2高熱伝導部を設けてもよい。この際においては、必要に応じて、粘着層18の粘着性が問題にならないように、全体を覆う層を設けてもよく、もしくは、粘着層18が露出する領域を覆う層を設けてもよい。
あるいは、粘着層18が絶縁性を有する場合には、粘着層18を低熱伝導層として、粘着層18を覆う層を設け、この層の上に、高熱伝導部20bと同様の第2高熱伝導部を設けてもよい。
Furthermore, in the example shown in FIGS. 2 (A) to 2 (C), when the adhesive layer 18 has an insulating property, the adhesive layer 18 is used as the low thermal conductive layer without providing the low thermal conductive portion 20a. A second high heat conduction part similar to the high heat conduction part 20 b may be provided on the layer 18. In this case, if necessary, a layer that covers the whole may be provided so that the adhesiveness of the adhesive layer 18 does not become a problem, or a layer that covers a region where the adhesive layer 18 is exposed may be provided. .
Or when the adhesion layer 18 has insulation, the adhesion layer 18 is made into a low heat conductive layer, the layer which covers the adhesion layer 18 is provided, and the 2nd high heat conduction part similar to the high heat conduction part 20b is provided on this layer. May be provided.

なお、本発明において、絶縁性を有するとは、層を形成した際の1素子当たりの絶縁抵抗が0.1MΩ以上であることを示す。   In the present invention, having insulation means that the insulation resistance per element when the layer is formed is 0.1 MΩ or more.

<熱電変換モジュール>
図4(A)〜図4(D)に、このような本発明の熱電変換素子10を、複数、直列に接続してなる、本発明の熱電変換モジュールの一例を概念的に示す。なお、図4(A)〜図4(C)は上面図、図4(D)は正面図である。なお、後段で詳述するように、図4の熱電変換モジュールの態様においては、第1基板12Aの低熱伝導部12aが、上述した表面処理基板(基板Aまたは基板B)に該当する。
<Thermoelectric conversion module>
4 (A) to 4 (D) conceptually show an example of the thermoelectric conversion module of the present invention in which a plurality of such thermoelectric conversion elements 10 of the present invention are connected in series. 4A to 4C are top views and FIG. 4D is a front view. As described in detail later, in the embodiment of the thermoelectric conversion module in FIG. 4, the low thermal conductive portion 12 a of the first substrate 12 </ b> A corresponds to the above-described surface treatment substrate (substrate A or substrate B).

本例において、第1基板12Aおよび第2基板20Aは、矩形板状の低熱伝導材料の表面に、一方向に延在する四角柱状の高熱伝導部を、四角柱の低熱伝導部に接触する一辺の長さと等間隔で、四角柱の延在方向と直交する方向に配列してなる構成を有する。
すなわち、第1基板12Aおよび第2基板20Aは、一面の表面の全面が低熱伝導部で、他面の表面が、一方向に延在する低熱伝導部と高熱伝導部とが、延在方向と直交する方向に等間隔で交互に形成された構成を有する(図4(A)、図4(C)および図4(D)参照)。
なお、本例においても、第1基板(第2基板)は、低熱伝導部の表面に高熱伝導部を載置した構成以外の、各種の構成が利用可能である。例えば、第1基板は、図5(B)に概念的に示すように、第1基板は、矩形板状の低熱伝導材料に、一方向(図5(B)の紙面に直交する方向)に延在する溝を、延在方向と直交する方向に溝の幅と等間隔で形成して、この溝に高熱伝導材料を組み込んでなる構成でもよい。
In this example, each of the first substrate 12A and the second substrate 20A has a rectangular plate-like high heat conductive portion that extends in one direction on the surface of a rectangular plate-like low heat conductive material, and a side that contacts the low heat conductive portion of the square pillar. Are arranged in the direction orthogonal to the extending direction of the quadrangular prism at equal intervals.
That is, in the first substrate 12A and the second substrate 20A, the entire surface of one surface is a low heat conductive portion, and the other surface is a low heat conductive portion and a high heat conductive portion extending in one direction. It has a configuration in which they are alternately formed at equal intervals in the orthogonal direction (see FIGS. 4A, 4C, and 4D).
Also in this example, the first substrate (second substrate) can use various configurations other than the configuration in which the high thermal conductivity portion is placed on the surface of the low thermal conductivity portion. For example, as conceptually shown in FIG. 5B, the first substrate is a rectangular plate-like low heat conductive material, and is in one direction (a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 5B). The extending groove may be formed in the direction orthogonal to the extending direction at equal intervals with the width of the groove, and a high heat conductive material may be incorporated in the groove.

図4(B)に示すように、熱電変換層16は矩形の面形状を有し、第1基板12Aの全面が低熱伝導部12aである側の表面(12c)(図4(D)を図中上下方向に表裏反転した状態)に、低熱伝導部12aと高熱伝導部12bとの境界と中心とを面方向で一致させて形成される。熱電変換層16の図3(B)の横方向(以下、単に『横方向』とも言う)の大きさは、高熱伝導部12bの幅に対して0.5倍から2.0倍未満の間に設定される。すなわち、横方向とは、低熱伝導部12aと高熱伝導部12bとの交互の配列方向である。
熱電変換層16は、横方向に、低熱伝導部12aと高熱伝導部12bとの境界に対して、1境界置きに等間隔で形成される。すなわち、熱電変換層16は、横方向の中心が、高熱伝導部12bの幅の2倍の距離と同じ間隔で等間隔に形成される。
また、熱電変換層16は、横方向に等間隔に配列された熱電変換層16の列が、図4(B)の上下方向(以下、単に『上下方向』とも言う)に等間隔で配列されるように、二次元的に形成される。すなわち、上下方向とは、低熱伝導部12aと高熱伝導部12bの延在方向である。
さらに、図4(B)に示すように、熱電変換層16の横方向の配列は、上下方向に隣接する列では、高熱伝導部12bの幅の分だけ、横方向にズレて形成される。すなわち、上下方向に隣接する列では、熱電変換層16は、横方向の中心が、高熱伝導部12bの幅の分だけ、互い違いに形成される。
As shown in FIG. 4B, the thermoelectric conversion layer 16 has a rectangular surface shape, and the entire surface of the first substrate 12A is the surface (12c) on the side that is the low thermal conductive portion 12a (see FIG. 4D). In this state, the boundary and the center of the low heat conduction portion 12a and the high heat conduction portion 12b are aligned in the plane direction. The horizontal direction of the thermoelectric conversion layer 16 in FIG. 3B (hereinafter, also simply referred to as “lateral direction”) is between 0.5 times and less than 2.0 times the width of the high thermal conductive portion 12b. Set to That is, the horizontal direction is an alternate arrangement direction of the low heat conduction portions 12a and the high heat conduction portions 12b.
The thermoelectric conversion layer 16 is formed at equal intervals every other boundary with respect to the boundary between the low thermal conductivity portion 12a and the high thermal conductivity portion 12b in the lateral direction. That is, the thermoelectric conversion layer 16 is formed at equal intervals with the same center as the distance of twice the width of the high thermal conductive portion 12b.
Further, the thermoelectric conversion layers 16 are arranged such that the rows of the thermoelectric conversion layers 16 arranged at equal intervals in the horizontal direction are arranged at equal intervals in the vertical direction in FIG. 4B (hereinafter also simply referred to as “vertical direction”). Thus, it is formed two-dimensionally. That is, the up and down direction is the extending direction of the low heat conduction portion 12a and the high heat conduction portion 12b.
Furthermore, as shown in FIG. 4B, the horizontal arrangement of the thermoelectric conversion layers 16 is shifted in the horizontal direction by the width of the high thermal conduction portion 12b in the columns adjacent in the vertical direction. In other words, in the rows adjacent in the vertical direction, the thermoelectric conversion layers 16 are alternately formed with the horizontal centers corresponding to the widths of the high heat conduction portions 12b.

各熱電変換層16は、第1電極26(第2電極28)によって直列に接続される。具体的には、図4(B)に示すように、図中横方向の熱電変換層16の配列において、第1電極26(構成を明確にするため、網掛けして示す)が、各熱電変換層16を横方向に挟むように設けられる。これにより、横方向に配列された熱電変換層16が、第1電極26によって直列に接続される。
熱電変換層16の横方向の列の端部では、上下方向に隣接する列の熱電変換層16が、第1電極26によって接続される。この横方向の列の端部での第1電極26による上下方向の熱電変換層16の接続は、一方の端部の熱電変換層16は上側の列の同側端部の熱電変換層16と接続され、他方の端部の熱電変換層16は下側の列の同側端部の熱電変換層16と接続される。
これにより、全ての熱電変換層16が、横方向に、複数回、折り返した1本の線のように直列で接続される。
The thermoelectric conversion layers 16 are connected in series by the first electrode 26 (second electrode 28). Specifically, as shown in FIG. 4B, in the arrangement of the thermoelectric conversion layers 16 in the horizontal direction in the drawing, the first electrodes 26 (shown by shading for the sake of clarity) are connected to the thermoelectric conversion layers 16. The conversion layer 16 is provided so as to sandwich the horizontal direction. Thereby, the thermoelectric conversion layers 16 arranged in the lateral direction are connected in series by the first electrode 26.
At the ends of the rows in the horizontal direction of the thermoelectric conversion layers 16, the thermoelectric conversion layers 16 in rows adjacent in the vertical direction are connected by the first electrode 26. The connection of the thermoelectric conversion layer 16 in the vertical direction by the first electrode 26 at the end of the horizontal row is such that the thermoelectric conversion layer 16 at one end is connected to the thermoelectric conversion layer 16 at the same end of the upper row. The thermoelectric conversion layer 16 at the other end is connected to the thermoelectric conversion layer 16 at the same end in the lower row.
Thereby, all the thermoelectric conversion layers 16 are connected in series like the one line | wire folded in multiple times in the horizontal direction.

図4(A)に概念的に示すように、熱電変換層16および第1電極26の上に、第2基板20Aの全面が低熱伝導部20aである側の面(20c)を下方にして、かつ、低熱伝導部12aと高熱伝導部12bとの境界を第1基板12Aと一致させて、第2基板20Aが積層される。この積層は、第1基板12Aの高熱伝導部12bと第2基板20Aの高熱伝導部20bとが、互い違いになるように行われる。
なお、図示はされないが、第2基板20Aの積層に先立ち、第1基板12Aを全面的に覆うように、熱電変換層16および第1電極26の上に粘着層18が形成される。
As conceptually shown in FIG. 4 (A), on the thermoelectric conversion layer 16 and the first electrode 26, the entire surface of the second substrate 20A is the surface (20c) on which the low thermal conductive portion 20a is located, And the 2nd board | substrate 20A is laminated | stacked by making the boundary of the low heat conductive part 12a and the high heat conductive part 12b correspond with the 1st board | substrate 12A. This stacking is performed so that the high thermal conductive portion 12b of the first substrate 12A and the high thermal conductive portion 20b of the second substrate 20A are alternated.
Although not shown, the adhesive layer 18 is formed on the thermoelectric conversion layer 16 and the first electrode 26 so as to cover the entire surface of the first substrate 12A prior to the lamination of the second substrate 20A.

従って、第1基板12Aの低熱伝導部12aと第2基板20Aの高熱伝導部20bのみの領域とが面方向に一致して対面し、第1基板12Aの高熱伝導部12bと第2基板20Aの低熱伝導部20aのみの領域とが面方向に一致して対面する。
これにより、本発明の熱電変換素子10を、複数、直列に接続してなる、本発明の熱電変換モジュールが構成される。
Therefore, the low heat conduction part 12a of the first substrate 12A and the region of the second substrate 20A only with the high heat conduction part 20b are aligned in the plane direction and face each other, and the high heat conduction part 12b of the first substrate 12A and the second substrate 20A The region of only the low heat conducting portion 20a faces the surface direction in alignment.
Thereby, the thermoelectric conversion module of this invention formed by connecting two or more thermoelectric conversion elements 10 of this invention in series is comprised.

なお、上記態様においては、第1基板12Aの低熱伝導部12aが、上述した表面処理基板(基板Aまたは基板B)に該当し、第1基板12Aの全面が低熱伝導部12aである側の面(12c)が表面処理基板の上述した表面処理が施された面に該当する。
つまり、熱電変換モジュール中の熱電変換層16は、第1基板12Aの低熱伝導部12aを構成する表面処理基板の表面処理が施された面(12c)上に配置される。
In the above aspect, the low thermal conductive portion 12a of the first substrate 12A corresponds to the surface treatment substrate (substrate A or substrate B) described above, and the entire surface of the first substrate 12A is the low thermal conductive portion 12a. (12c) corresponds to the surface of the surface-treated substrate that has been subjected to the surface treatment described above.
That is, the thermoelectric conversion layer 16 in the thermoelectric conversion module is disposed on the surface (12c) on which the surface treatment of the surface treatment substrate constituting the low thermal conductive portion 12a of the first substrate 12A is performed.

ここで、前述のように、熱電変換層16の横方向の配列は、上下方向に隣接する列では、熱電変換層16の横方向の中心線が、高熱伝導部12b(すなわち高熱伝導部20b)の幅の分だけ、横方向にズレて形成される。すなわち、上下方向に隣接する列では、熱電変換層16は、熱電変換層16の横方向の中心線が、高熱伝導部12bの幅の分だけ、互い違いに形成される。
そのため、折り返した1本の線のように直列に接続された熱電変換層16は、接続方向の一方向の流れにおいて、全ての熱電変換層16が、一方の半分が第1基板12Aの高熱伝導部12bと第2基板20Aの低熱伝導部20aのみの領域とに対面し、他方の半分が第1基板12Aの低熱伝導部12aのみの領域と第2基板20Aの高熱伝導部20bとに対面する。
例えば、図4(B)の上から下への直列の接続方向で見た場合には、図4(A)〜図4(C)に示すように、全ての熱電変換層16が、上流側半分が第1基板12Aの高熱伝導部12bおよび第2基板20Aの低熱伝導部20aのみの領域に対面し、下流側の半分が第1基板12Aの低熱伝導部12aのみの領域および第2基板20Aの高熱伝導部20bに対面する。
従って、第1基板12A側もしくは第2基板20A側に熱源を配置した際に、直列に接続された全ての熱電変換層16で、接続方向に対する熱の流れ方向すなわち発電した電気の流れ方向が一致し、熱電変換モジュールが適正に発電を行うことができる。
Here, as described above, in the horizontal arrangement of the thermoelectric conversion layers 16, in the columns adjacent in the vertical direction, the horizontal center line of the thermoelectric conversion layers 16 is the high heat conduction portion 12b (that is, the high heat conduction portion 20b). This is formed by shifting in the horizontal direction by the width of. In other words, in the rows adjacent in the vertical direction, the thermoelectric conversion layers 16 are formed so that the horizontal center lines of the thermoelectric conversion layers 16 are staggered by the width of the high thermal conductivity portion 12b.
For this reason, the thermoelectric conversion layers 16 connected in series as a single folded line have all the thermoelectric conversion layers 16 in the flow in one direction of the connection direction, and one half of the thermoelectric conversion layers 16 is the high thermal conductivity of the first substrate 12A. The portion 12b faces the region of the second substrate 20A only of the low heat conduction portion 20a, and the other half faces the region of only the low heat conduction portion 12a of the first substrate 12A and the high heat conduction portion 20b of the second substrate 20A. .
For example, when viewed in the serial connection direction from the top to the bottom of FIG. 4B, as shown in FIGS. 4A to 4C, all the thermoelectric conversion layers 16 are upstream. Half of the first substrate 12A faces the region of only the high thermal conductivity portion 12b and the second substrate 20A of the low thermal conductivity portion 20a, and the half of the downstream side of the first substrate 12A of the region of only the low thermal conductivity portion 12a and the second substrate 20A. It faces the high heat conduction part 20b.
Therefore, when the heat source is arranged on the first substrate 12A side or the second substrate 20A side, the heat flow direction relative to the connection direction, that is, the flow direction of the generated electricity is the same in all the thermoelectric conversion layers 16 connected in series. And the thermoelectric conversion module can generate electricity properly.

(熱電変換モジュールの製造方法)
以下に、図4(A)〜図4(D)に示す熱電変換モジュールの製造方法の一例を説明する。なお、熱電変換素子は、この熱電変換モジュールの製造方法に準じて製造できる。
(Method for manufacturing thermoelectric conversion module)
Below, an example of the manufacturing method of the thermoelectric conversion module shown to FIG. 4 (A)-FIG.4 (D) is demonstrated. In addition, a thermoelectric conversion element can be manufactured according to the manufacturing method of this thermoelectric conversion module.

まず、低熱伝導部12aおよび高熱伝導部12bを有する第1基板12A(第1基板12)、および、低熱伝導部20aおよび高熱伝導部20bを有する第2基板20A(第2基板20)を用意する。
なお、上述したように、低熱伝導部12aは、上述した表面処理基板に該当する。
First, a first substrate 12A (first substrate 12) having a low thermal conductivity portion 12a and a high thermal conductivity portion 12b, and a second substrate 20A (second substrate 20) having a low thermal conductivity portion 20a and a high thermal conductivity portion 20b are prepared. .
As described above, the low thermal conductive portion 12a corresponds to the surface treatment substrate described above.

第1基板12Aおよび第2基板20Aは、フォトリソグラフィー、エッチング、成膜技術等を利用して、公知の方法で作製すればよい。
例えば、基板(例えば、上述した表面処理基板)の両面に銅が積層された銅ポリイミドフィルムの一面を全てエッチングし、もう一方の面を高熱伝導部パターンとなるようにエッチングすることにより作製することができる。また、低熱伝導部となる基板(例えば、上述した表面処理基板)のシート状物を用意し、このシート状物に、帯状の高熱伝導部を延在方向と直交する方向に、帯の幅と等間隔で貼着して、第1基板12Aおよび第2基板20Aを作製すればよい。
なお、第1基板12Aおよび第2基板20Aは、市販品も利用可能である。
The first substrate 12A and the second substrate 20A may be manufactured by a known method using photolithography, etching, film formation technology, or the like.
For example, it is produced by etching one side of a copper polyimide film in which copper is laminated on both sides of a substrate (for example, the above-mentioned surface-treated substrate) and etching the other side so as to form a high thermal conductive pattern. Can do. In addition, a sheet-like material of a substrate (for example, the above-described surface treatment substrate) to be a low heat conduction portion is prepared, and the width of the belt is set in a direction perpendicular to the extending direction of the belt-like high heat conduction portion. The first substrate 12A and the second substrate 20A may be manufactured by pasting at equal intervals.
Commercially available products can also be used for the first substrate 12A and the second substrate 20A.

次いで、熱電変換層16を形成する。熱電変換層16の形成方法としては、第1実施態様で述べた熱電変換層5の形成方法が挙げられる。
次いで、熱電変換層16を面方向で挟むように、第1電極26および第2電極28を形成する。第1電極26および第2電極28の形成方法としては、第1実施態様で述べた第1電極3および第2電極4の形成方法が挙げられる。
Next, the thermoelectric conversion layer 16 is formed. Examples of the method for forming the thermoelectric conversion layer 16 include the method for forming the thermoelectric conversion layer 5 described in the first embodiment.
Next, the first electrode 26 and the second electrode 28 are formed so as to sandwich the thermoelectric conversion layer 16 in the plane direction. Examples of the method of forming the first electrode 26 and the second electrode 28 include the method of forming the first electrode 3 and the second electrode 4 described in the first embodiment.

次いで、第1基板12Aの全面に対応して、熱電変換層16、第1電極26および第2電極28を覆って、粘着層18を形成する。
粘着層18は、粘着層18の形成材料に応じて、塗布法等の公知の方法で形成すればよい。また、両面テープや粘着フィルムを利用して粘着層18を形成してもよいのは、前述のとおりである。
Next, the adhesive layer 18 is formed so as to cover the entire surface of the first substrate 12A and cover the thermoelectric conversion layer 16, the first electrode 26, and the second electrode 28.
The adhesive layer 18 may be formed by a known method such as a coating method depending on the material for forming the adhesive layer 18. Moreover, as described above, the adhesive layer 18 may be formed using a double-sided tape or an adhesive film.

さらに、用意した第2基板20Aを、高熱伝導部20bが形成されていない側の面(20c)を向けて、熱電変換層16に貼着して、熱電変換モジュール(熱電変換素子10)を作製する。
あるいは、第1基板12Aに粘着層18を形成するのではなく、第2基板20Aの高熱伝導部20bが形成されていない面に粘着層18を形成して、第1基板12Aに貼着することで、熱電変換モジュール(熱電変換素子10)を作製してもよい。
Furthermore, the prepared second substrate 20A is attached to the thermoelectric conversion layer 16 with the surface (20c) on which the high heat conducting portion 20b is not formed, and a thermoelectric conversion module (thermoelectric conversion element 10) is manufactured. To do.
Alternatively, instead of forming the adhesive layer 18 on the first substrate 12A, the adhesive layer 18 is formed on the surface of the second substrate 20A where the high thermal conductive portion 20b is not formed, and is adhered to the first substrate 12A. Thus, a thermoelectric conversion module (thermoelectric conversion element 10) may be manufactured.

なお、上記態様は、第1基板12Aの低熱伝導部12aが、表面処理基板(基板Aまたは基板B)に該当する態様であるが、この態様に限定されず、第1基板12Aの低熱伝導部12a、および、第2基板20Aの低熱伝導部20aの両方が上述した表面処理基板に該当する態様であってもよい。   In addition, although the said aspect is an aspect in which the low heat conductive part 12a of 12 A of 1st board | substrates corresponds to a surface treatment board | substrate (the board | substrate A or the board | substrate B), it is not limited to this aspect, The low heat conductive part of the 1st board | substrate 12A Both 12a and the low heat conductive part 20a of the 2nd board | substrate 20A may be an aspect applicable to the surface treatment board | substrate mentioned above.

このような本発明の熱電変換素子および熱電変換モジュールは、各種の用途に利用可能である。
一例として、温泉熱発電機、太陽熱発電機、廃熱発電機などの発電機や、腕時計用電源、半導体駆動電源、小型センサ用電源などの各種装置(デバイス)の電源等、様々な発電用途が例示される。また、本発明の熱電変換素子の用途としては、発電用途以外にも、感熱センサや熱電対などのセンサ素子用途も例示される。
Such a thermoelectric conversion element and thermoelectric conversion module of the present invention can be used for various applications.
Examples include various power generation applications such as hot spring thermal generators, solar thermal generators, waste heat generators, and other devices (devices) such as wristwatch power supplies, semiconductor drive power supplies, and small sensor power supplies. The Moreover, as a use of the thermoelectric conversion element of this invention, sensor element uses, such as a thermal sensor and a thermocouple, are illustrated besides a power generation use.

以上、本発明の熱電変換素子および熱電変換モジュールについて詳細に説明したが、本発明は前述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。   As described above, the thermoelectric conversion element and the thermoelectric conversion module of the present invention have been described in detail. However, the present invention is not limited to the above-described examples, and various improvements and modifications may be made without departing from the gist of the present invention. Of course it is good.

以下、本発明の具体的実施例を挙げて、本発明について、より詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples of the present invention. However, the present invention is not limited to the following examples.

<CNT分散液の調製>
水20mLに、CNT(名城ナノカーボン社製)500mg、および、デオキシコール酸ナトリウム1500mgを、投入した。
この溶液を、羽根付きホモジナイザーを用いて7分間分散した。得られた分散液を、さらに、高速旋回薄膜分散法(フィルミックス、プライミクス社製)を用いて周速30m/s、5分間攪拌処理を行い、CNT分散液を得た。
<Preparation of CNT dispersion>
To 20 mL of water, 500 mg of CNT (manufactured by Meijo Nanocarbon Co., Ltd.) and 1500 mg of sodium deoxycholate were added.
This solution was dispersed for 7 minutes using a bladed homogenizer. The obtained dispersion was further subjected to a stirring process for 5 minutes at a peripheral speed of 30 m / s using a high-speed rotating thin film dispersion method (Filmix, manufactured by Primex) to obtain a CNT dispersion.

<表面処理基板の製造>
後述する表1に示すように、各実施例で使用する樹脂基板の表面処理を実施した。
具体的には、表1に示す各実施例にて使用する樹脂基板(ポリイミド基板、ポリカーボネート基板、または、ポリアミド基板)を用意して、前処理を実施する場合は、表1に記載の前処理を実施し、その後、表1に記載の各種表面処理剤を用いて樹脂基板の表面(前処理が実施されている場合は、前処理が施された樹脂基板の表面)を表面処理した。なお、表1中の「前処理」欄が「−」の場合は、前処理を実施していないことを意図する。
より具体的には、例えば、実施例1で使用する表面処理基板は、ポリイミド基板を、フェニルトリエトキシシランで表面処理した基板に該当する。
表1中の実施例8、11、12および13に関しては、第2表面処理剤で表面処理した後、第3表面処理剤にて表面処理を実施した。
以下、各処理の詳細を示す。
<Manufacture of surface-treated substrates>
As shown in Table 1 to be described later, the surface treatment of the resin substrate used in each example was performed.
Specifically, when a resin substrate (polyimide substrate, polycarbonate substrate, or polyamide substrate) used in each example shown in Table 1 is prepared and pretreatment is performed, the pretreatment described in Table 1 is performed. After that, the surface of the resin substrate (the surface of the resin substrate on which the pretreatment was performed when the pretreatment was performed) was subjected to a surface treatment using various surface treatment agents described in Table 1. In addition, when the “preprocessing” column in Table 1 is “−”, it is intended that the preprocessing is not performed.
More specifically, for example, the surface-treated substrate used in Example 1 corresponds to a substrate obtained by surface-treating a polyimide substrate with phenyltriethoxysilane.
Regarding Examples 8, 11, 12 and 13 in Table 1, the surface treatment was performed with the third surface treatment agent after the surface treatment with the second surface treatment agent.
Details of each process will be described below.

[UV−O処理方法]
ヤマト科学社製UVオゾン洗浄装置OC2506を使用し、樹脂基板を1分間UV照射することにより、表面処理を行った。
[N−プラズマ処理方法]
ヤマト科学社製プラズマクリーナーPDC210を使用し、樹脂基板を、窒素雰囲気下、200Wで60秒間にわたってプラズマ処理することにより、表面処理を行った。
[O−プラズマ処理方法]
ヤマト科学社製プラズマクリーナーPDC210を使用し、樹脂基板を、酸素雰囲気下、200Wで60秒間にわたってプラズマ処理することにより、表面処理を行った。
[UV-O 3 treatment method]
Surface treatment was performed by using a UV ozone cleaning device OC2506 manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd. and irradiating the resin substrate with UV for 1 minute.
[N 2 -plasma treatment method]
Surface treatment was performed by using a plasma cleaner PDC210 manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd., and subjecting the resin substrate to plasma treatment at 200 W for 60 seconds in a nitrogen atmosphere.
[O 2 -plasma treatment method]
Using a plasma cleaner PDC210 manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd., the resin substrate was subjected to a plasma treatment at 200 W for 60 seconds in an oxygen atmosphere to perform a surface treatment.

[第1表面処理剤または第2表面処理剤を用いた処理方法]
第1表面処理剤(または第2表面処理剤)2質量%、および、酢酸2質量%の水溶液を作製し、30分間室温で攪拌して、第1表面処理剤(または第2表面処理剤)を加水分解させた。その後、その溶液に樹脂基板を浸漬させ、1晩放置した。その後、樹脂基板を溶液から取り出し、エタノールで洗浄後、樹脂基板を100℃で1時間乾燥させた。
[Treatment method using first surface treatment agent or second surface treatment agent]
An aqueous solution of 2% by mass of the first surface treatment agent (or second surface treatment agent) and 2% by mass of acetic acid is prepared, and stirred at room temperature for 30 minutes to obtain the first surface treatment agent (or second surface treatment agent). Was hydrolyzed. Thereafter, the resin substrate was immersed in the solution and left overnight. Thereafter, the resin substrate was taken out of the solution, washed with ethanol, and then dried at 100 ° C. for 1 hour.

[実施例8の第3表面処理剤を用いた処理方法]
実施例8においては、上記[第1表面処理剤または第2表面処理剤を用いた処理方法]によって第2表面処理剤にて樹脂基板を表面した後、さらに以下の処理を実施した。
第2表面処理剤にて表面処理が施された樹脂基板を、第3表面処理剤(ベンゼンチオール)2質量%、および、トリエチルアミン0.5質量%のエタノール溶液に24時間浸漬した。その後、エタノール溶液から樹脂基板を取り出し、樹脂基板を130℃で2時間乾燥させ、その後、エタノール洗浄することにより、メタクリレート部位へのチオールの付加反応を実施した。本反応により、樹脂基板表面上にベンゼンチオール由来のベンゼン環が付与された。
[実施例11の第3表面処理剤を用いた処理方法]
実施例11においては、上記[第1表面処理剤または第2表面処理剤を用いた処理方法]によって第2表面処理剤にて樹脂基板を表面した後、さらに以下の処理を実施した。
第2表面処理剤にて表面処理が施された樹脂基板を、第3表面処理剤(2−ナフタレンチオール)2質量%、および、トリエチルアミン0.5質量%のエタノール溶液に24時間浸漬した。その後、エタノール溶液から樹脂基板を取り出し、樹脂基板を130℃で2時間乾燥させ、その後、エタノール洗浄することにより、アクリレート部位へのチオールの付加反応を行った。本反応により、樹脂基板表面上に2−ナフタレンチオール由来のナフタレン環が付与された。
[実施例12および13の第3表面処理剤を用いた処理方法]
実施例12および13においては、上記[第1表面処理剤または第2表面処理剤を用いた処理方法]によって第2表面処理剤にて樹脂基板を表面した後、さらに以下の処理を実施した。
第2表面処理剤にて表面処理が施された樹脂基板を、第3表面処理剤(2−ナフタレンカルボン酸または2−アントラセンカルボン酸)2質量%、および、p−トルエンスルホン酸0.5質量%のエタノール溶液に24時間浸漬した。その後、エタノール溶液から樹脂基板を取り出し、樹脂基板を130℃で2時間乾燥させ、その後、エタノール洗浄することにより、エポキシ部位へのカルボン酸の付加反応を行った。本反応により、樹脂基板表面上に2−ナフタレンカルボン酸由来のナフタレン環、または、2−アントラセンカルボン酸由来のアントラセン環が付与された。
[Treatment Method Using Third Surface Treatment Agent of Example 8]
In Example 8, after the resin substrate was surfaced with the second surface treatment agent according to the above [treatment method using the first surface treatment agent or the second surface treatment agent], the following treatment was further performed.
The resin substrate surface-treated with the second surface treatment agent was immersed in an ethanol solution of 2% by mass of the third surface treatment agent (benzenethiol) and 0.5% by mass of triethylamine for 24 hours. Thereafter, the resin substrate was taken out from the ethanol solution, dried at 130 ° C. for 2 hours, and then washed with ethanol to carry out a thiol addition reaction to the methacrylate site. By this reaction, a benzene ring derived from benzenethiol was imparted on the surface of the resin substrate.
[Treatment Method Using Third Surface Treatment Agent of Example 11]
In Example 11, after the resin substrate was surfaced with the second surface treatment agent by the above-mentioned [treatment method using the first surface treatment agent or the second surface treatment agent], the following treatment was further performed.
The resin substrate surface-treated with the second surface treatment agent was immersed in an ethanol solution of 2% by mass of the third surface treatment agent (2-naphthalenethiol) and 0.5% by mass of triethylamine for 24 hours. Thereafter, the resin substrate was taken out from the ethanol solution, dried at 130 ° C. for 2 hours, and then washed with ethanol to perform an addition reaction of thiol to the acrylate moiety. By this reaction, a naphthalene ring derived from 2-naphthalenethiol was imparted on the surface of the resin substrate.
[Treatment Method Using Third Surface Treatment Agent of Examples 12 and 13]
In Examples 12 and 13, after the resin substrate was surfaced with the second surface treatment agent according to the above [treatment method using the first surface treatment agent or the second surface treatment agent], the following treatment was further performed.
A resin substrate that has been surface-treated with the second surface treatment agent, 2% by mass of the third surface treatment agent (2-naphthalenecarboxylic acid or 2-anthracenecarboxylic acid), and 0.5 mass of p-toluenesulfonic acid It was immersed in an ethanol solution of 24% for 24 hours. Thereafter, the resin substrate was taken out from the ethanol solution, dried at 130 ° C. for 2 hours, and then washed with ethanol to perform an addition reaction of carboxylic acid to the epoxy site. By this reaction, a naphthalene ring derived from 2-naphthalenecarboxylic acid or an anthracene ring derived from 2-anthracenecarboxylic acid was imparted on the resin substrate surface.

<熱電変換素子の製造>
表1に記載の各実施例および比較例でそれぞれ用意した表面処理基板(厚さ25μm、15×12cm)の一面(表面処理が施されていない面)に、幅0.5mm、厚さ70μmの銅ストライプを0.5mm間隔で形成してなる第1基板12Aを用意した(図3(A)〜図3(D)参照)。
なお、第2基板20Aとしては、厚さ25μm、15×12cmの樹脂基板の一面に、幅0.5mm、厚さ70μmの銅ストライプを0.5mm間隔で形成してなる基板を用意した。なお、樹脂基板としては、各実施例および比較例で使用した表面処理基板を作製するために使用された樹脂基板を、それぞれ用意した。例えば、実施例1では、ポリイミド基板を上記樹脂基板として用いた。
この第1基板12Aの全面が低熱伝導部12aである面(表面処理が施された面)の6×6cmの領域に、スクリーン印刷によってCNT分散液を付与して、0.5×1mmのパターンを1785個、形成した。なお、パターンは、高熱伝導部と低熱伝導部との境界(銅ストライプの境界)と、0.5×1mmのパターンの中心とが一致するように形成した。
パターンを形成した第1基板12Aを、ホットプレート上で50℃で30分間加熱し、さらに、130℃で2.5時間加熱することにより、パターンを乾燥した。
次いで、第1基板12Aを、エタノールに14時間、浸漬した。エタノールに浸漬した第1基板12Aを、ホットプレート上で50℃で30分間加熱し、さらに、130℃で150分間加熱することにより、熱電変換層16を作製した。
次いで、1785個の熱電変換層16を厚さ200nmの金の第1電極26で直列に接続した(図3(B)参照)。第1電極26の形成は、マスクを用いる真空蒸着によって行った。
一方、第2基板20Aの全面が低熱伝導部20aである面に、粘着層18として厚さ25μmの両面テープ(接着剤転写テープ8146−1、3M社製)を貼着した。
この両面テープを、熱電変換層16および第1電極26を覆うように貼着して、図3(A)〜図3(D)に示すような熱電変換モジュールを作製した。なお、第2基板20Aは、熱電変換層16の中心と銅ストライプの境界とが一致し、かつ、銅ストライプの延在方向が第1基板12Aと一致し、さらに、面方向において、第1基板12Aと銅ストライプが重ならないように貼着した。
作製した熱電変換モジュールについて、第1基板12側を下にしてホットプレートに載置し、かつ、第2基板20の上に温度制御用のペルチェ素子を設置した。
ホットプレートの温度を100℃で一定に保って、ペルチェ素子の温度を低下することにより、熱電変換モジュールの第1基板12と第2基板20との間に、10℃の温度差をつけた。
<Manufacture of thermoelectric conversion elements>
A surface treatment substrate (thickness 25 μm, 15 × 12 cm) prepared in each example and comparative example shown in Table 1 has a width of 0.5 mm and a thickness of 70 μm on one surface (surface not subjected to surface treatment). A first substrate 12A in which copper stripes were formed at intervals of 0.5 mm was prepared (see FIGS. 3A to 3D).
As the second substrate 20A, a substrate was prepared by forming copper stripes having a width of 0.5 mm and a thickness of 70 μm at intervals of 0.5 mm on one surface of a resin substrate having a thickness of 25 μm and 15 × 12 cm. In addition, as a resin substrate, the resin substrate used in order to produce the surface treatment board | substrate used by each Example and the comparative example was prepared, respectively. For example, in Example 1, a polyimide substrate was used as the resin substrate.
The entire surface of the first substrate 12A is applied to the 6 × 6 cm region of the surface (surface treated surface) which is the low thermal conductive portion 12a by applying a CNT dispersion by screen printing to form a 0.5 × 1 mm pattern. 1785 pieces were formed. The pattern was formed so that the boundary between the high heat conduction part and the low heat conduction part (the boundary of the copper stripe) coincided with the center of the pattern of 0.5 × 1 mm.
The first substrate 12A on which the pattern was formed was heated on a hot plate at 50 ° C. for 30 minutes, and further heated at 130 ° C. for 2.5 hours to dry the pattern.
Next, the first substrate 12A was immersed in ethanol for 14 hours. The 1st board | substrate 12A immersed in ethanol was heated for 30 minutes at 50 degreeC on the hotplate, and also the thermoelectric conversion layer 16 was produced by heating for 150 minutes at 130 degreeC.
Next, 1785 thermoelectric conversion layers 16 were connected in series with a gold first electrode 26 having a thickness of 200 nm (see FIG. 3B). The first electrode 26 was formed by vacuum vapor deposition using a mask.
On the other hand, a double-sided tape (adhesive transfer tape 8146-1, 3M) having a thickness of 25 μm was stuck as the adhesive layer 18 on the surface of the second substrate 20A, which is the low thermal conductive portion 20a.
This double-sided tape was affixed so as to cover the thermoelectric conversion layer 16 and the first electrode 26 to produce a thermoelectric conversion module as shown in FIGS. 3 (A) to 3 (D). In the second substrate 20A, the center of the thermoelectric conversion layer 16 and the boundary of the copper stripe coincide with each other, the extending direction of the copper stripe coincides with the first substrate 12A, and the first substrate in the plane direction It stuck so that 12A and a copper stripe might not overlap.
The produced thermoelectric conversion module was placed on the hot plate with the first substrate 12 side down, and a Peltier element for temperature control was installed on the second substrate 20.
A temperature difference of 10 ° C. was made between the first substrate 12 and the second substrate 20 of the thermoelectric conversion module by keeping the temperature of the hot plate constant at 100 ° C. and decreasing the temperature of the Peltier element.

<評価>
(発電量(熱電変換特性)評価)
作製した熱電変換モジュールの発電量の測定を行い、以下の評価基準に従って評価した。結果を表1にまとめて示す。
AA:発電量30μW以上
A:発電量25μW以上30μW未満
B:発電量20μW以上25μW未満
C:発電量15μW以上20μW未満
D:発電量15μW未満
<Evaluation>
(Evaluation of power generation (thermoelectric conversion characteristics))
The power generation amount of the produced thermoelectric conversion module was measured and evaluated according to the following evaluation criteria. The results are summarized in Table 1.
A: Power generation amount 30 μW or more A: Power generation amount 25 μW or more and less than 30 μW B: Power generation amount 20 μW or more and less than 25 μW C: Power generation amount 15 μW or more and less than 20 μW D: Power generation amount 15 μW or less

(耐曲げ性評価)
作製した熱電変換モジュールを、直径32mmのマンドレル屈曲試験機にセットし、5回折り曲げ、その後、熱電変換モジュールの抵抗を測定することにより、耐曲げ性評価を行い、以下の評価基準に従って評価した。結果を表1にまとめて示す。なお、以下の抵抗値変動率(%)は、{(曲げ試験後の熱電変換モジュールの抵抗値)−(曲げ試験前の熱電変換モジュールの抵抗値)/(曲げ試験後の熱電変換モジュールの抵抗値)}×100によって求められる。
AA:抵抗値変動率10%未満
A:抵抗値変動率10%以上15%未満
B:抵抗値変動率15%以上20%未満
C:抵抗値変動率20%以上25未満
D:抵抗値変動率25%以上
(Bend resistance evaluation)
The produced thermoelectric conversion module was set in a mandrel bending tester having a diameter of 32 mm, bent five times, and then the resistance of the thermoelectric conversion module was measured to evaluate bending resistance, and evaluated according to the following evaluation criteria. The results are summarized in Table 1. In addition, the following resistance value variation rate (%) is {(resistance value of thermoelectric conversion module after bending test) − (resistance value of thermoelectric conversion module before bending test) / (resistance of thermoelectric conversion module after bending test). Value)} × 100.
A: Resistance value fluctuation rate of less than 10% A: Resistance value fluctuation rate of 10% or more and less than 15% B: Resistance value fluctuation rate of 15% or more and less than 20% C: Resistance value fluctuation rate of 20% or more and less than 25 D: Resistance value fluctuation rate 25% or more

以下の表1で使用した各表面処理剤の構造式を以下に示す。   The structural formulas of the respective surface treatment agents used in Table 1 below are shown below.

上記表1に示すように、所定の表面処理基板を使用した熱電変換素子は、熱電変換性能(発電量)に優れると共に、耐曲げ性にも優れることが確認された。
なかでも、実施例1〜3の比較より、樹脂基板としてポリイミド基板を使用すると、発電量がより優れることが確認された。
また、実施例1と実施例4〜6との比較より、前処理(エネルギー線照射処理)を実施した場合、耐曲げ性がより優れることが確認された。
また、実施例4、7〜8の比較より、MがSiの場合、耐曲げ性がより優れることが確認された。
また、実施例5と実施例11〜13との比較より、上述した基板Bを使用した場合(または、多環芳香環を含む場合)、発電量および耐折り曲げ性がより優れることが確認された。
As shown in Table 1 above, it was confirmed that a thermoelectric conversion element using a predetermined surface-treated substrate was excellent in thermoelectric conversion performance (power generation amount) and in bending resistance.
Especially, when the polyimide board | substrate was used as a resin substrate from the comparison of Examples 1-3, it was confirmed that the electric power generation amount is more excellent.
Moreover, it was confirmed from the comparison with Example 1 and Examples 4-6 that bending resistance is more excellent when pre-processing (energy-beam irradiation processing) is implemented.
Moreover, from the comparison of Example 4 and 7-8, when M was Si, it was confirmed that bending resistance is more excellent.
Moreover, when the board | substrate B mentioned above was used from the comparison with Example 5 and Examples 11-13 (or when a polycyclic aromatic ring is included), it was confirmed that power generation amount and bending resistance are more excellent. .

一方、所定の表面処理剤による処理を実施していない比較例1〜7においては、所望の効果が得られなかった。   On the other hand, in Comparative Examples 1 to 7 in which the treatment with the predetermined surface treatment agent was not performed, the desired effect was not obtained.

1,10 熱電変換素子
2 表面処理基板
6 保護基板
12,12A 第1基板
12a,20a 低熱伝導部
12b,20b 高熱伝導部
5,16 熱電変換層
18 粘着層
20,20A 第2基板
3,26,30,34 第1電極
4,28,32,36 第2電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,10 Thermoelectric conversion element 2 Surface treatment board | substrate 6 Protection board | substrate 12,12A 1st board | substrate 12a, 20a Low heat conduction part 12b, 20b High heat conduction part 5,16 Thermoelectric conversion layer 18 Adhesive layer 20, 20A 2nd board | substrate 3,26, 30, 34 First electrode 4, 28, 32, 36 Second electrode

Claims (6)

以下の基板Aおよび基板Bのいずれか一方の表面処理基板と、
前記表面処理基板の表面処理が施された面上に配置された、カーボンナノチューブを含む熱電変換層と、を有する、熱電変換素子。
基板A:樹脂基板を、(RM(X)で表される第1表面処理剤で表面処理して得られる、表面に芳香環が導入された表面処理基板。
なお、Mは、Si、TiまたはZrを表す。Xは、加水分解性基または水酸基を表す。Rは、1価の有機基を表し、Rのうち少なくとも一つは、芳香環を含む1価の有機基を表す。nは1〜3の整数を表し、mは1〜3の整数を表し、n+m=4である。ただし、前記1価の有機基には、前記加水分解性基および前記水酸基は含まれない。
基板B:樹脂基板を、反応性基を有し、かつ、(RM(X)で表される第2表面処理剤で表面処理した後、さらに、前記反応性基と反応する官能基および芳香環を有する第3表面処理剤で表面処理して得られる、表面に芳香環が導入された表面処理基板。
なお、Mは、Si、TiまたはZrを表す。Xは、加水分解性基または水酸基を表す。Rは、1価の有機基を表し、Rのうち少なくとも一つは、反応性基を含む1価の有機基を表す。nは1〜3の整数を表し、mは1〜3の整数を表し、n+m=4である。ただし、前記1価の有機基には、前記加水分解性基および前記水酸基は含まれない。
Any one of the following substrate A and substrate B surface-treated substrate;
A thermoelectric conversion element comprising: a thermoelectric conversion layer containing carbon nanotubes, disposed on a surface of the surface treatment substrate that has been subjected to surface treatment.
Substrate A: A surface-treated substrate obtained by surface-treating a resin substrate with a first surface treatment agent represented by (R 1 ) n M (X) m and having an aromatic ring introduced on the surface.
M represents Si, Ti, or Zr. X represents a hydrolyzable group or a hydroxyl group. R 1 represents a monovalent organic group, and at least one of R 1 represents a monovalent organic group containing an aromatic ring. n represents an integer of 1 to 3, m represents an integer of 1 to 3, and n + m = 4. However, the monovalent organic group does not include the hydrolyzable group and the hydroxyl group.
Substrate B: A resin substrate is surface-treated with a second surface treatment agent having a reactive group and represented by (R 2 ) n M (X) m , and then reacts with the reactive group A surface-treated substrate obtained by surface-treating with a third surface treatment agent having a functional group and an aromatic ring and having an aromatic ring introduced on the surface.
M represents Si, Ti, or Zr. X represents a hydrolyzable group or a hydroxyl group. R 2 represents a monovalent organic group, and at least one of R 2 represents a monovalent organic group containing a reactive group. n represents an integer of 1 to 3, m represents an integer of 1 to 3, and n + m = 4. However, the monovalent organic group does not include the hydrolyzable group and the hydroxyl group.
前記表面処理基板が、前記基板Bである、請求項1に記載の熱電変換素子。   The thermoelectric conversion element according to claim 1, wherein the surface treatment substrate is the substrate B. 前記芳香環が、多環芳香環である、請求項1または2に記載の熱電変換素子。   The thermoelectric conversion element according to claim 1, wherein the aromatic ring is a polycyclic aromatic ring. 前記芳香環が、ベンゼン環、ナフタレン環、又はアントラセン環である、請求項1または2に記載の熱電変換素子。  The thermoelectric conversion element according to claim 1 or 2, wherein the aromatic ring is a benzene ring, a naphthalene ring, or an anthracene ring. 前記樹脂基板が、エネルギー線照射が施された樹脂基板である、請求項1〜のいずれか1項に記載の熱電変換素子。 The thermoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 4 , wherein the resin substrate is a resin substrate that has been irradiated with energy rays. 前記樹脂基板が、ポリイミド基板である、請求項1〜のいずれか1項に記載の熱電変換素子。 Said resin substrate, a polyimide substrate, a thermoelectric conversion device according to any one of claims 1-5.
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