JP7382037B2 - ゲル化膜、その製造方法、および、それを用いた熱電発電素子 - Google Patents
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Description
前記原子比(カチオン/C)は、0.002以上0.36以下の範囲であってもよい。
前記カウンターカチオンは、Li+、Na+、K+、Mg2+およびCa2+からなる群から少なくとも1つ選択されるカチオンであってもよい。
極性溶媒である有機溶媒をさらに含有してもよい。
前記有機溶媒は、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、ブタノール、i-ブチルアルコール、sec-ブチルアルコール、tert-ブチルアルコール、エチレングリコール、テトラヒドロフラン、1,2-ジメトキシエタン、アセトン、アセトニトリル、酢酸、酢酸エチル、ニトロメタン、N,N-ジメチルホルムアミドおよびジメチルスルホキシドからなる群から少なくとも1つ選択される有機溶媒であってもよい。
前記有機溶媒は、0.01wt%以上10wt%以下の範囲で含有されてもよい。
前記有機溶媒は、0.2wt%以上1wt%以下の範囲で含有されてもよい。
100S/cm以上10000S/cm以下の範囲の電気伝導率を有してもよい。
本発明のPSSおよび/またはTosがドープされたPEDOTを含有するゲル化膜を製造する方法は、PSSおよび/またはTosがドープされたPEDOTが分散媒に分散された分散液を、極性溶媒であり、かつ、前記分散媒の比重よりも小さい比重を有する第1の有機溶媒に添加し、静置することと、前記第1の有機溶媒を、極性溶媒である第2の有機溶媒に置換し、さらに静置することとを包含し、これにより上記課題を解決する。
前記分散媒は、水、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、ブタノール、i-ブチルアルコール、sec-ブチルアルコール、tert-ブチルアルコール、エチレングリコール、テトラヒドロフラン、1,2-ジメトキシエタン、アセトン、アセトニトリル、酢酸、酢酸エチル、ニトロメタン、N,N-ジメチルホルムアミドおよびジメチルスルホキシドからなる群から少なくとも1つ選択される分散媒であってもよい。
前記第1の有機溶媒は、25℃における比重(g/cm3)が0.90以下を有する有機溶媒であってもよい。
前記第1の有機溶媒は、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、ブタノール、i-ブチルアルコール、sec-ブチルアルコール、tert-ブチルアルコール、テトラヒドロフラン、1,2-ジメトキシエタン、アセトン、アセトニトリル、ピリジン、トリエチルアミン、酢酸エチルおよびN,N-ジメチルホルムアミドからなる群から少なくとも1つ選択される有機溶媒であってもよい。
前記第2の有機溶媒は、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、ブタノール、i-ブチルアルコール、sec-ブチルアルコール、tert-ブチルアルコール、エチレングリコール、テトラヒドロフラン、1,2-ジメトキシエタン、アセトン、アセトニトリル、酢酸、酢酸エチル、ニトロメタン、N,N-ジメチルホルムアミドおよびジメチルスルホキシドからなる群から少なくとも1つ選択される有機溶媒であってもよい。
前記静置すること、および/または、前記さらに静置することは、前記添加された分散液を、-30℃以上100℃以下の温度範囲において、30分以上72時間以下の間、静置してもよい。
前記静置すること、および/または、前記さらに静置することは、前記添加された分散液を、40℃以上70℃以下の温度範囲において、30分以上10時間以下の時間の間、静置してもよい。
前記静置すること、および/または、前記さらに静置することは、前記添加された分散液を、10℃以上40℃未満の温度範囲において、5時間以上30時間以下の時間の間、静置してもよい。
前記さらに静置することを、繰り返すことをさらに包含してもよい。
前記静置することの後、前記さらに静置することに先立って、前記静置することによって得られたPSSおよび/またはTosがドープされたPEDOTからなるゲル化膜を乾燥させることをさらに包含してもよい。
前記さらに静置することによって得られたPSSおよび/またはTosがドープされたPEDOTのゲル化膜を乾燥させることをさらに包含してもよい。
本発明による熱電発電素子は、少なくともp型熱電材料を備え、前記p型熱電材料は、上述のゲル化膜であり、これにより上記課題を解決する。
前記p型熱電材料と交互に直列に接続されるn型熱電材料を備えてもよい。
前記n型熱電材料は、カーボンナノチューブ、フラーレン、マンガン(Mn)、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、鉛(Pb)、鉄(Fe)、シリコン(Si)およびテルル(Te)からなる群から選択されてもよい。
実施の形態1では、本発明のポリスチレンスルホン酸(PSS)および/またはトルエンスルホン酸(Tos)がドープされたポリ-3,4-エチレンジオキシチオフェン(PEDOT)を含有するゲル化膜およびその製造方法について説明する。以降では簡単のためPSSがドープされたPEDOTをPEDOT:PSS、TosがドープされたPEDOTをPEDOT:Tos、PSSおよびTosがドープされたPEDOTをPEDOT:PSS,Tosと称する場合がある。
図1は、本発明のゲル化膜を製造する工程を示すフローチャートである。
実施の形態2では、実施の形態1で説明した本発明の熱電材料を用いた熱電発電素子について説明する。
例1~例21では、PEDOTを用いたゲル化膜を製造した。
例22および例23では、PEDOTを用いたキャスト膜を製造した。
図8は、例6および例17のゼーベック係数の保持率の経時変化を示す図である。
210 n型熱電材料
220 p型熱電材料
230、240 電極
310 ビーカー
320 第1の有機溶媒
330 分散液
340、360 ゲル化膜
350 第2の有機溶媒
610 エタノールに基づくピーク
620 1-プロパノールに基づくピーク
Claims (21)
- PSSおよび/またはTosがドープされたPEDOTを含有し、前記PSSおよび/またはTosがドープされたPEDOTにおける炭素(C)に対するカウンターカチオンの原子比(カチオン/C)が、0.002以上0.43未満であり、100S/cm以上10000S/cm以下の範囲の電気伝導率を有する、ゲル化膜。
- 前記原子比(カチオン/C)は、0.002以上0.36以下の範囲である、請求項1に記載のゲル化膜。
- 前記カウンターカチオンは、Li+、Na+、K+、Mg2+およびCa2+からなる群から少なくとも1つ選択されるカチオンである、請求項1または2に記載のゲル化膜。
- 極性溶媒である有機溶媒をさらに含有する、請求項1~3のいずれかに記載のゲル化膜。
- 前記有機溶媒は、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、ブタノール、i-ブチルアルコール、sec-ブチルアルコール、tert-ブチルアルコール、エチレングリコール、テトラヒドロフラン、1,2-ジメトキシエタン、アセトン、アセトニトリル、酢酸、酢酸エチル、ニトロメタン、N,N-ジメチルホルムアミドおよびジメチルスルホキシドからなる群から少なくとも1つ選択される有機溶媒である、請求項4に記載のゲル化膜。
- 前記有機溶媒は、0.01wt%以上10wt%以下の範囲で含有される、請求項4または5に記載のゲル化膜。
- 前記有機溶媒は、0.2wt%以上1wt%以下の範囲で含有される、請求項4~6のいずれかに記載のゲル化膜。
- PSSおよび/またはTosがドープされたPEDOTを含有するゲル化膜を製造する方法であって、
PSSおよび/またはTosがドープされたPEDOTが分散媒に分散された分散液を、極性溶媒であり、かつ、前記分散媒の比重よりも小さい比重を有し、前記分散液の量に対して2倍以上の容量である第1の有機溶媒に添加し、静置することと、
前記第1の有機溶媒を、極性溶媒である第2の有機溶媒に置換し、さらに静置することと
を包含する、方法。 - 前記分散媒は、水、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、ブタノール、i-ブチルアルコール、sec-ブチルアルコール、tert-ブチルアルコール、エチレングリコール、テトラヒドロフラン、1,2-ジメトキシエタン、アセトン、アセトニトリル、酢酸、酢酸エチル、ニトロメタン、N,N-ジメチルホルムアミドおよびジメチルスルホキシドからなる群から少なくとも1つ選択される分散媒である、請求項8に記載の方法。
- 前記第1の有機溶媒は、25℃における比重(g/cm3)が0.90以下を有する有機溶媒である、請求項8または9に記載の方法。
- 前記第1の有機溶媒は、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、ブタノール、i-ブチルアルコール、sec-ブチルアルコール、tert-ブチルアルコール、テトラヒドロフラン、1,2-ジメトキシエタン、アセトン、アセトニトリル、ピリジン、トリエチルアミン、酢酸エチルおよびN,N-ジメチルホルムアミドからなる群から少なくとも1つ選択される有機溶媒である、請求項8~10のいずれかに記載の方法。
- 前記第2の有機溶媒は、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、ブタノール、i-ブチルアルコール、sec-ブチルアルコール、tert-ブチルアルコール、エチレングリコール、テトラヒドロフラン、1,2-ジメトキシエタン、アセトン、アセトニトリル、酢酸、酢酸エチル、ニトロメタン、N,N-ジメチルホルムアミドおよびジメチルスルホキシドからなる群から少なくとも1つ選択される有機溶媒である、請求項8~11のいずれかに記載の方法。
- 前記静置すること、および/または、前記さらに静置することは、前記添加された分散液を、-30℃以上100℃以下の温度範囲において、30分以上72時間以下の間、静置する、請求項8~12のいずれかに記載の方法。
- 前記静置すること、および/または、前記さらに静置することは、前記添加された分散液を、40℃以上70℃以下の温度範囲において、30分以上10時間以下の時間の間、静置する、請求項8~13のいずれかに記載の方法。
- 前記静置すること、および/または、前記さらに静置することは、前記添加された分散液を、10℃以上40℃未満の温度範囲において、5時間以上30時間以下の時間の間、静置する、請求項8~13のいずれかに記載の方法。
- 前記さらに静置することを、繰り返すことをさらに包含する、請求項8~15のいずれかに記載の方法。
- 前記静置することの後、前記さらに静置することに先立って、前記静置することによって得られたPSSおよび/またはTosがドープされたPEDOTからなるゲル化膜を乾燥させることをさらに包含する、請求項8~16のいずれかに記載の方法。
- 前記さらに静置することによって得られたPSSおよび/またはTosがドープされたPEDOTのゲル化膜を乾燥させることをさらに包含する、請求項8~17のいずれかに記載の方法。
- 少なくともp型熱電材料を備えた熱電発電素子であって、
前記p型熱電材料は、請求項1~7のいずれかに記載のゲル化膜である、熱電発電素子。 - 前記p型熱電材料と交互に直列に接続されるn型熱電材料を備える、請求項19に記載の熱電発電素子。
- 前記n型熱電材料は、カーボンナノチューブ、フラーレン、マンガン(Mn)、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、鉛(Pb)、鉄(Fe)、シリコン(Si)およびテルル(Te)からなる群から選択される、請求項20に記載の熱電発電素子。
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