JPWO2017122808A1 - Method for producing film for thermoelectric conversion element - Google Patents

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志文 貞方
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Abstract

本発明は、膜自立性が確保され、且つ熱電変換素子に十分に優れた熱電変換特性を発揮させうる熱電変換素子用フィルムを提供することを目的とする。本発明の熱電変換素子用フィルムの製造方法は、カーボンナノチューブと、絶縁性高分子材料と、導電性材料とを含む処理前フィルム用組成物を用いて処理前フィルムを形成する工程と、前記処理前フィルムを処理液と接触させて熱電変換素子用フィルムを得る工程と、を備え、前記処理前フィルムの密度をDB(g/cm3)、前記熱電変換素子用フィルムの密度をDA(g/cm3)とした際に、DA/DBの値が0.5超0.9未満である。An object of this invention is to provide the film for thermoelectric conversion elements which can ensure the film self-supporting property and can exhibit the thermoelectric conversion characteristic sufficiently excellent in the thermoelectric conversion element. The method for producing a film for a thermoelectric conversion element of the present invention comprises a step of forming a pre-treatment film using a pre-treatment film composition comprising carbon nanotubes, an insulating polymer material, and a conductive material, and the treatment And a step of bringing a pre-film into contact with a treatment liquid to obtain a film for a thermoelectric conversion element, wherein the density of the pre-treatment film is DB (g / cm 3) and the density of the thermoelectric conversion element film is DA (g / cm 3). ), The DA / DB value is more than 0.5 and less than 0.9.

Description

本発明は、熱電変換素子用フィルムの製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a thermoelectric conversion element film.

従来から、熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換できる熱電変換素子が注目されている。ここで熱電変換素子において、上記エネルギー変換を担う熱電変換材料層の調製には、無機系材料が用いられてきた。しかしながら、近年、加工性や可とう性に優れる観点から、高分子材料を含む有機系材料を用いて熱電変換素子の熱電変換材料層を調製する技術の検討が行われている。   2. Description of the Related Art Conventionally, thermoelectric conversion elements that can directly convert thermal energy into electrical energy have attracted attention. Here, in the thermoelectric conversion element, an inorganic material has been used for the preparation of the thermoelectric conversion material layer responsible for the energy conversion. However, in recent years, from the viewpoint of excellent workability and flexibility, a technique for preparing a thermoelectric conversion material layer of a thermoelectric conversion element using an organic material including a polymer material has been studied.

例えば特許文献1には、絶縁性樹脂と、無機熱電変換材料と、電荷輸送材料とを含む樹脂組成物から得られるフィルムを熱電変換材料層に用いることが記載されている。そして特許文献1によれば、当該フィルムを特定の種類の処理液と接触させることで、フィルムの導電率を向上させることができる。   For example, Patent Document 1 describes that a film obtained from a resin composition containing an insulating resin, an inorganic thermoelectric conversion material, and a charge transport material is used for the thermoelectric conversion material layer. And according to patent document 1, the electrical conductivity of a film can be improved by making the said film contact with a specific kind of process liquid.

特開2015−170766号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-170766

しかしながら、上記従来の技術では、導電率を向上させるべくフィルムを特定の処理液に接触させると、当該フィルムの膜自立性が損なわれるという問題があり、また熱電変換素子に十分に優れた熱電変換特性を発揮させることが困難な場合があった。すなわち、上記従来の技術は、有機系材料を用いて形成した熱電変換素子用フィルムの膜自立性を維持しつつ、熱電変換素子に一層優れた熱電変換特性を発揮させるという点において、改善の余地があった。   However, in the above conventional technique, there is a problem that when the film is brought into contact with a specific processing solution in order to improve the conductivity, the film self-supporting property of the film is impaired, and the thermoelectric conversion element sufficiently excellent for the thermoelectric conversion element. In some cases, it was difficult to exhibit the characteristics. That is, the above-described conventional technique has room for improvement in that the thermoelectric conversion element exhibits more excellent thermoelectric conversion characteristics while maintaining the film self-supporting property of the film for the thermoelectric conversion element formed using the organic material. was there.

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を行った。そして、本発明者らは、カーボンナノチューブ(以下、「CNT」という場合がある。)、絶縁性高分子材料、および導電性材料を含む組成物から形成される処理前フィルムを、接触前後の密度変化が所定の範囲内となるように処理液に接触させて熱電変換素子用フィルムを形成すれば、当該フィルムの膜自立性を維持することができ、加えて当該フィルムを熱電変換材料層として用いれば、熱電変換素子に十分に優れた熱電変換特性を発揮させうることを見出し、本発明を完成させた。   The present inventors have intensively studied to achieve the above object. The present inventors then developed a pre-treatment film formed from a composition containing carbon nanotubes (hereinafter sometimes referred to as “CNT”), an insulating polymer material, and a conductive material, before and after contact. If the film for a thermoelectric conversion element is formed by contacting the treatment liquid so that the change is within a predetermined range, the film self-supporting property of the film can be maintained, and in addition, the film can be used as a thermoelectric conversion material layer. Thus, the present inventors have found that the thermoelectric conversion element can exhibit sufficiently excellent thermoelectric conversion characteristics, and completed the present invention.

即ち、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の熱電変換素子用フィルムの製造方法は、カーボンナノチューブと、絶縁性高分子材料と、導電性材料とを含む処理前フィルム用組成物を用いて処理前フィルムを形成する工程と、前記処理前フィルムを処理液と接触させて熱電変換素子用フィルムを得る工程と、を備え、前記処理前フィルムの密度をD(g/cm)、前記熱電変換素子用フィルムの密度をD(g/cm)とした際に、D/Dの値が0.5超0.9未満であることを特徴とする。このように、接触前後の密度変化が所定の範囲内となるように処理液に接触させて得られる熱電変換素子用フィルムは膜自立性が確保される。加えて、当該熱電変換素子用フィルムを熱電変換材料層として用いれば、熱電変換素子に十分に優れた熱電変換特性を発揮させることができる。That is, this invention aims at solving the said subject advantageously, and the manufacturing method of the film for thermoelectric conversion elements of this invention is a carbon nanotube, an insulating polymer material, a conductive material, And a step of forming a pre-treatment film using a composition for pre-treatment film, and a step of bringing the pre-treatment film into contact with a treatment liquid to obtain a film for a thermoelectric conversion element, and the density of the pre-treatment film Is D B (g / cm 3 ), and the density of the thermoelectric conversion element film is D A (g / cm 3 ), the value of D A / D B is more than 0.5 and less than 0.9. It is characterized by that. Thus, the film self-sustainability is ensured for the film for thermoelectric conversion elements obtained by contacting the treatment liquid so that the density change before and after the contact is within a predetermined range. In addition, if the thermoelectric conversion element film is used as a thermoelectric conversion material layer, the thermoelectric conversion element can exhibit sufficiently excellent thermoelectric conversion characteristics.

ここで、本発明の熱電変換素子用フィルムの製造方法において、前記導電性材料がポリ(M 1,1,2,2−エテンテトラチオラート)の塩[ここで、Mは金属を表す]を含むことが好ましい。導電性材料としてポリ(M 1,1,2,2−エテンテトラチオラート)の塩を用いれば、熱電変換素子の熱電変換特性を一層優れたものとすることができるからである。   Here, in the method for producing a film for a thermoelectric conversion element of the present invention, the conductive material includes a salt of poly (M 1,1,2,2-ethenetetrathiolate) [wherein M represents a metal]. It is preferable. This is because if the salt of poly (M 1,1,2,2-ethenetetrathiolate) is used as the conductive material, the thermoelectric conversion characteristics of the thermoelectric conversion element can be further improved.

そして、本発明の熱電変換素子用フィルムの製造方法において、前記絶縁性高分子材料がポリイミド樹脂を含むことが好ましい。絶縁性高分子材料としてポリイミド樹脂を用いれば、熱電変換素子用フィルムの膜自立性および熱電変換素子の熱電変換特性を一層優れたものとすることができるからである。   And in the manufacturing method of the film for thermoelectric conversion elements of this invention, it is preferable that the said insulating polymer material contains a polyimide resin. This is because if a polyimide resin is used as the insulating polymer material, the film self-sustaining property of the thermoelectric conversion element film and the thermoelectric conversion characteristics of the thermoelectric conversion element can be further improved.

更に、本発明の熱電変換素子用フィルムの製造方法において、前記カーボンナノチューブの比表面積が600m/g以上であることが好ましい。比表面積が600m/g以上であるCNTを用いれば、熱電変換素子の熱電変換特性を一層優れたものとすることができるからである。Furthermore, in the manufacturing method of the film for thermoelectric conversion elements of this invention, it is preferable that the specific surface area of the said carbon nanotube is 600 m < 2 > / g or more. This is because if the CNT having a specific surface area of 600 m 2 / g or more is used, the thermoelectric conversion characteristics of the thermoelectric conversion element can be further improved.

また、本発明の熱電変換素子用フィルムの製造方法において、前記処理液がN−メチル−2−ピロリドンを含むことが好ましい。処理液としてN−メチル−2−ピロリドンを用いれば、熱電変換素子用フィルムの製造効率を高めると共に熱電変換素子の熱電変換特性を一層優れたものとすることができるからである。   Moreover, in the manufacturing method of the film for thermoelectric conversion elements of this invention, it is preferable that the said process liquid contains N-methyl-2- pyrrolidone. This is because if N-methyl-2-pyrrolidone is used as the treatment liquid, the production efficiency of the thermoelectric conversion element film can be increased and the thermoelectric conversion characteristics of the thermoelectric conversion element can be further improved.

本発明の熱電変換素子用フィルムの製造方法によれば、膜自立性が確保され、且つ熱電変換素子に十分に優れた熱電変換特性を発揮させうる熱電変換素子用フィルムを提供することができる。   According to the method for producing a film for a thermoelectric conversion element of the present invention, it is possible to provide a film for a thermoelectric conversion element that can ensure film self-sustainability and can exhibit sufficiently excellent thermoelectric conversion characteristics.

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。本発明の熱電変換素子用フィルムの製造方法は、熱電変換素子の熱電変換材料層として用いられる熱電変換素子用フィルムの製造に用いられる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. The manufacturing method of the film for thermoelectric conversion elements of this invention is used for manufacture of the film for thermoelectric conversion elements used as the thermoelectric conversion material layer of a thermoelectric conversion element.

(熱電変換素子用フィルムの製造方法)
本発明の熱電変換素子用フィルムの製造方法は、カーボンナノチューブ、絶縁性高分子材料、および導電性材料を含有し、任意にその他の成分を含む処理前フィルム用組成物を用いて処理前フィルムを形成する工程(処理前フィルム形成工程)と、処理前フィルムを処理液と接触させて熱電変換素子用フィルムを得る工程(処理液接触工程)と含む。そして、上記処理液接触工程において、処理前フィルムの密度をD(g/cm)、熱電変換素子用フィルムの密度をD(g/cm)とした場合、D/Dが0.5超0.9未満であることが必要である。本発明の製造方法を用いて得られる熱電変換素子用フィルムは自立膜として使用することができる。そして、当該熱電変換素子用フィルムを熱電変換材料層として使用すれば、熱電変換素子に十分に優れた熱電変換特性を発揮させることができる。
なお、本発明の熱電変換素子用フィルムの製造方法を用いることで、膜自立性が確保されつつ、熱電変換素子の熱電変換特性を向上させうる熱電変換素子用フィルムが得られる理由は、以下のように推察される。まず、D/Dが0.9未満であることで、余剰の絶縁性高分子材料及び/又は導電性材料が処理液中に溶出し、フィルムの密度を低下させ、フィルム中に空孔部を増加させることができる。そのため、熱電変換素子用フィルムの熱伝導性が低下し、熱電変換特性を高めることができると考えられる。一方、D/Dが0.5超であることで、特にマトリックス樹脂である絶縁性高分子材料の処理液への過剰な溶出が抑制されるため、自立膜として使用可能な強度を十分に確保することができる。
(Method for producing thermoelectric conversion element film)
The method for producing a film for a thermoelectric conversion element of the present invention comprises a pre-treatment film using a pre-treatment film composition containing carbon nanotubes, an insulating polymer material, and a conductive material, and optionally containing other components. And a step of forming (a pre-treatment film forming step) and a step of bringing the pre-treatment film into contact with the treatment liquid to obtain a thermoelectric conversion element film (treatment liquid contact step). Then, in the treatment solution contact step, the density of the pretreatment film D B (g / cm 3) , if the density of the thermoelectric conversion element film was D A (g / cm 3) , the D A / D B It is necessary to be more than 0.5 and less than 0.9. The film for thermoelectric conversion elements obtained by using the production method of the present invention can be used as a self-supporting film. And if the said film for thermoelectric conversion elements is used as a thermoelectric conversion material layer, the thermoelectric conversion characteristic sufficiently excellent in the thermoelectric conversion element can be exhibited.
In addition, the reason why the film for thermoelectric conversion elements capable of improving the thermoelectric conversion characteristics of the thermoelectric conversion element while securing film self-sustainability by using the method for manufacturing a film for thermoelectric conversion element of the present invention is as follows. It is guessed as follows. First, when D A / D B is less than 0.9, surplus insulating polymer material and / or conductive material is eluted in the treatment liquid, reducing the density of the film, and voids in the film The part can be increased. Therefore, it is thought that the thermal conductivity of the film for thermoelectric conversion elements is lowered and the thermoelectric conversion characteristics can be improved. On the other hand, since D A / D B is more than 0.5, excessive elution of the insulating polymer material, which is a matrix resin, into the processing solution is suppressed, so that the strength that can be used as a self-supporting film is sufficient. Can be secured.

<処理前フィルム形成工程>
まず、処理前フィルム用組成物を用いて、処理前フィルムを製造する。
<Film forming process before treatment>
First, the film before a process is manufactured using the composition for a film before a process.

[処理前フィルム用組成物]
処理前フィルムを形成するための処理前フィルム用組成物としては、通常、CNT、絶縁性高分子材料、導電性材料、および任意添加のその他の成分が溶媒中に分散および/または溶解してなる組成物を使用する。
[Composition for film before treatment]
The composition for pre-treatment film for forming the pre-treatment film is usually formed by dispersing and / or dissolving CNT, an insulating polymer material, a conductive material, and other optional components in a solvent. Use the composition.

[[カーボンナノチューブ]]
処理前フィルム用組成物に含まれるCNTは、単層カーボンナノチューブであっても、多層カーボンナノチューブであってもよいが、熱電変換素子の熱電変換特性を更に高める観点からは、単層カーボンナノチューブおよび二層カーボンナノチューブの少なくとも一方を含むことが好ましく、単層カーボンナノチューブを含むことが好ましい。
[[carbon nanotube]]
The CNT contained in the pre-treatment film composition may be a single-walled carbon nanotube or a multi-walled carbon nanotube, but from the viewpoint of further improving the thermoelectric conversion characteristics of the thermoelectric conversion element, It is preferable to include at least one of double-walled carbon nanotubes, and it is preferable to include single-walled carbon nanotubes.

ここで、CNTの平均直径は、0.5nm以上であることが好ましく、1nm以上であることがより好ましい。CNTの平均直径が0.5nm以上であれば、CNTの凝集を抑制し、熱電変換素子の熱電変換特性を更に高めることができる。また、CNTの平均直径の上限は、特に限定されないが、例えば15nm以下である。
なお、CNTの平均直径は、透過型電子顕微鏡を用いて無作為に選択したカーボンナノチューブ100本の直径を測定して求めることができる。
Here, the average diameter of the CNTs is preferably 0.5 nm or more, and more preferably 1 nm or more. If the average diameter of CNT is 0.5 nm or more, aggregation of CNT can be suppressed and the thermoelectric conversion characteristics of the thermoelectric conversion element can be further enhanced. Moreover, the upper limit of the average diameter of CNT is not particularly limited, but is, for example, 15 nm or less.
In addition, the average diameter of CNT can be calculated | required by measuring the diameter of 100 carbon nanotubes selected at random using the transmission electron microscope.

また、CNTの平均長さは、0.1μm以上であることが好ましく、1cm以下であることが好ましく、3mm以下であることがより好ましい。CNTの平均長さが上述の範囲内であれば、熱電変換素子の熱電変換特性を更に高めることができる。
なお、CNTの平均長さは、透過型電子顕微鏡を用いて無作為に選択したカーボンナノチューブ100本の長さを測定して求めることができる。
Further, the average length of CNT is preferably 0.1 μm or more, preferably 1 cm or less, and more preferably 3 mm or less. When the average length of the CNT is within the above range, the thermoelectric conversion characteristics of the thermoelectric conversion element can be further enhanced.
In addition, the average length of CNT can be calculated | required by measuring the length of 100 carbon nanotubes selected at random using the transmission electron microscope.

そして、CNTのBET比表面積としては、600m2/g以上であることが好ましく、800m2/g以上であることがより好ましく、2600m2/g以下であることが好ましく、1200m2/g以下であることがより好ましい。CNTのBET比表面積が上述の範囲内であれば、熱電変換素子の熱電変換特性を更に高めることができる。
なお、CNTの「BET比表面積」は、77Kにおける窒素吸着等温線を測定し、BET法により求めることができる。ここで、BET比表面積の測定には、例えば、「BELSORP(登録商標)−max」(日本ベル(株)製)を用いることができる。
Then, as the BET specific surface area of the CNT, preferably at 600 meters 2 / g or more, more preferably 800 m 2 / g or more, is preferably from 2600m 2 / g, 1200m 2 / g or less More preferably. When the BET specific surface area of the CNT is within the above range, the thermoelectric conversion characteristics of the thermoelectric conversion element can be further enhanced.
The “BET specific surface area” of CNT can be determined by measuring the nitrogen adsorption isotherm at 77K and using the BET method. Here, for the measurement of the BET specific surface area, for example, “BELSORP (registered trademark) -max” (manufactured by Nippon Bell Co., Ltd.) can be used.

本発明で用いられるCNTの製造方法としては、特に限定されることなく、二酸化炭素の接触水素還元による方法、アーク放電法、化学的気相成長法(CVD法)、レーザー蒸発法、気相成長法、気相流動法、および、HiPCO法等が挙げられる。中でも、上述した好ましい性状を有するCNTは、例えば、カーボンナノチューブ製造用の触媒層を表面に有する基材上に、原料化合物およびキャリアガスを供給して、CVD法によりCNTを合成する際に、系内に微量の酸化剤(触媒賦活物質)を存在させることで、触媒層の触媒活性を飛躍的に向上させるという方法(スーパーグロース法;国際公開第2006/011655号参照)により、効率的に製造することができる。なお、以下では、スーパーグロース法により得られるカーボンナノチューブを「SGCNT」と称することがある。   The method for producing CNTs used in the present invention is not particularly limited, but is a method by catalytic hydrogen reduction of carbon dioxide, arc discharge method, chemical vapor deposition method (CVD method), laser evaporation method, vapor phase growth method. Method, gas phase flow method, HiPCO method and the like. Among them, the CNT having the preferable properties described above is used, for example, when a raw material compound and a carrier gas are supplied onto a substrate having a catalyst layer for producing carbon nanotubes on the surface, and the CNT is synthesized by a CVD method. By producing a small amount of oxidant (catalyst activating substance) in the inside, the catalyst activity of the catalyst layer is dramatically improved (super growth method; see WO 2006/011655). can do. Hereinafter, the carbon nanotube obtained by the super growth method may be referred to as “SGCNT”.

また、CNTは、カルボキシル基等の官能基が導入されたものであってもよい。官能基の導入は、例えば、過酸化水素や硝酸等を用いる酸化処理法や、超臨界流体、亜臨界流体又は高温高圧流体との接触処理法などの既知の方法により行うことができる。   In addition, the CNT may have a functional group such as a carboxyl group introduced therein. The introduction of the functional group can be performed by a known method such as an oxidation treatment method using hydrogen peroxide, nitric acid or the like, or a contact treatment method with a supercritical fluid, a subcritical fluid, or a high-temperature high-pressure fluid.

[[絶縁性高分子材料]]
処理前フィルム用組成物に含まれる絶縁性高分子材料は、得られる熱電変換素子用フィルムに可とう性を付与しつつ、熱電変換素子の動作温度に耐えうる、絶縁性を有する高分子材料であれば特に限定されない。ここで、高分子材料が「絶縁性」を有するとは、その高分子材料の導電率が1S・cm−1以下であることを言う。なお絶縁性高分子材料の熱伝導率は、0.5W・m−1−1以下であることが好ましく、0.4W・m−1−1以下であることがより好ましい。また、絶縁性高分子材料は、結着性を有することが好ましい。
ここで、高分子材料の導電率は、当該高分子材料の薄膜を形成し膜厚を測定した後、薄膜の表面抵抗率を例えば「ロレスタ(登録商標)−GP(MCP−T600型)」((株)三菱化学アナリテック製)などの抵抗率計で測定し、測定した膜厚と表面抵抗率とから求めることができる。また、高分子材料の熱伝導率(к)は、熱拡散率α(mm・S−1、25℃)、比熱Cp(J・g−1−1、25℃)および密度ρ(g・cm−3)を用い、下記式を用いて算出することができる。
к=α×Cp×ρ
ここで、式中熱拡散率α、比熱Cpおよび密度ρは、以下の装置および方法で測定することができる。
α:ナノフラッシュアナライザー(ネッチジャパン社製、LFA 447/2-4/InSb NanoFlash Xe)
Cp:示差走査熱量計(ネッチジャパン社製、DSC 204 F1 Phoenix)
ρ:アルキメデス法
[[Insulating polymer material]]
The insulating polymer material contained in the pre-treatment film composition is an insulating polymer material that can withstand the operating temperature of the thermoelectric conversion element while imparting flexibility to the resulting film for thermoelectric conversion element. If there is no particular limitation. Here, that the polymer material has “insulation” means that the conductivity of the polymer material is 1 S · cm −1 or less. The thermal conductivity of the insulating polymer material is preferably 0.5 W · m −1 K −1 or less, and more preferably 0.4 W · m −1 K −1 or less. The insulating polymer material preferably has binding properties.
Here, the electrical conductivity of the polymer material is determined by, for example, “Loresta (registered trademark) -GP (MCP-T600 type)” after forming a thin film of the polymer material and measuring the film thickness. Measured with a resistivity meter such as Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd., and can be determined from the measured film thickness and surface resistivity. In addition, the thermal conductivity (к) of the polymer material has a thermal diffusivity α (mm 2 · S −1 , 25 ° C.), a specific heat Cp (J · g −1 K −1 , 25 ° C.) and a density ρ (g・ Cm −3 ) and can be calculated using the following formula.
к = α × Cp × ρ
Here, the thermal diffusivity α, the specific heat Cp, and the density ρ in the formula can be measured by the following apparatus and method.
α: Nano Flash Analyzer (manufactured by Netch Japan, LFA 447 / 2-4 / InSb NanoFlash Xe)
Cp: Differential scanning calorimeter (Netch Japan, DSC 204 F1 Phoenix)
ρ: Archimedes method

ここで、絶縁性高分子材料の例としては、ポリプロピレン、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖低密度ポリエチレン、架橋ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、ポリブテン−1、ポリ−3−メチルペンテン、ポリ−4−メチルペンテン、ポリシクロオレフィン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−エチルアクリレート共重合体、エチレン−プロピレン共重合体、ポリエチレンとシクロオレフィン(ノルボルネン等)との共重合体等のポリオレフィン;ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、塩素化ポリエチレン、塩素化ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、塩化ゴム、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−エチレン共重合体、塩化ビニル−塩化ビニリデン共重合体、塩化ビニル−塩化ビニリデン−酢酸ビニル三元共重合体、塩化ビニル−アクリル酸エステル共重合体、塩化ビニル−マレイン酸エステル共重合体、塩化ビニル−シクロヘキシルマレイミド共重合体等のハロゲン化ポリオレフィン;石油樹脂;クマロン樹脂;ポリスチレン;ポリ酢酸ビニル;ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂;ポリアクリロニトリル;AS樹脂、ABS樹脂、ACS樹脂、SBS樹脂、MBS樹脂、耐熱ABS樹脂等のスチレン系樹脂;ポリビニルアルコール;ポリビニルホルマール;ポリビニルブチラール;ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリシクロヘキサンジメチレンテレフタレート等のポリアルキレンテレフタレート;ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート等のポリアルキレンナフタレート;液晶ポリエステル(LCP);ポリヒドロキシブチレート、ポリカプロラクトン、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンサクシネート、ポリ乳酸、ポリリンゴ酸、ポリグリコール酸、ポリジオキサン、ポリ(2−オキセタノン)等の分解性脂肪族ポリエステル;ポリフェニレンオキサイド;ナイロン6、ナイロン11、ナイロン12、ナイロン6,6、ナイロン6,10、ナイロン6T、ナイロン6I、ナイロン9T、ナイロンM5T、ナイロン6,12、ナイロンMXD6、パラ系アラミド、メタ系アラミド等のナイロン樹脂;ポリカーボネート樹脂;ポリアセタール樹脂;ポリフェニレンサルファイド;ポリウレタン;ポリイミド樹脂;ポリアミドイミド樹脂;ポリエーテルケトン樹脂;ポリエーテルエーテルケトン樹脂;アラビヤゴム;酢酸セルロースなどが挙げられる。これらは1種類を単独で使用してもよく、2種類以上を併用してもよい。
そしてこれらの絶縁性高分子材料の中でも、ポリイミド樹脂が好ましい。ポリイミド樹脂は、温度耐性、機械的強度、絶縁性、および化学的安定性に優れ、また水分透過率および線膨張係数が低い。従って、ポリイミド樹脂を用いれば、十分な膜自立性を有しつつ熱電変換素子に一層優れた熱電変換特性発揮させることができ、そして実使用に好適な熱電変換素子用フィルムを得ることができる。
Here, examples of the insulating polymer material include polypropylene, high density polyethylene, low density polyethylene, linear low density polyethylene, crosslinked polyethylene, ultrahigh molecular weight polyethylene, polybutene-1, poly-3-methylpentene, poly- Polyolefins such as 4-methylpentene, polycycloolefin, ethylene-vinyl acetate copolymer, ethylene-ethyl acrylate copolymer, ethylene-propylene copolymer, copolymer of polyethylene and cycloolefin (norbornene, etc.); Vinyl chloride, polyvinylidene chloride, chlorinated polyethylene, chlorinated polypropylene, polyvinylidene fluoride, rubber chloride, vinyl chloride-vinyl acetate copolymer, vinyl chloride-ethylene copolymer, vinyl chloride-vinylidene chloride copolymer, vinyl chloride -Vinylidene chloride-vinegar Halogenated polyolefins such as vinyl terpolymer, vinyl chloride-acrylic acid ester copolymer, vinyl chloride-maleic acid ester copolymer, vinyl chloride-cyclohexyl maleimide copolymer; petroleum resin; coumarone resin; polystyrene; Vinyl acetate; acrylic resin such as polymethyl methacrylate; polyacrylonitrile; AS resin, ABS resin, ACS resin, SBS resin, MBS resin, heat-resistant ABS resin and other styrenic resins; polyvinyl alcohol; polyvinyl formal; polyvinyl butyral; polyethylene terephthalate; Polyalkylene terephthalates such as polytrimethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polycyclohexanedimethylene terephthalate; polyethylene naphthalate, polybutylene naphthalate A polyalkylene naphthalate; a liquid crystal polyester (LCP); a polyhydroxybutyrate, polycaprolactone, polybutylene succinate, polyethylene succinate, polylactic acid, polymalic acid, polyglycolic acid, polydioxane, poly (2-oxetanone), etc. Degradable aliphatic polyester; polyphenylene oxide; nylon 6, nylon 11, nylon 12, nylon 6,6, nylon 6,10, nylon 6T, nylon 6I, nylon 9T, nylon M5T, nylon 6,12, nylon MXD6, para series Nylon resins such as aramid and meta-aramid; polycarbonate resin; polyacetal resin; polyphenylene sulfide; polyurethane; polyimide resin; polyamideimide resin; Examples include ruthetone ketone resin; arabic rubber; cellulose acetate. These may be used alone or in combination of two or more.
Of these insulating polymer materials, polyimide resin is preferable. Polyimide resin is excellent in temperature resistance, mechanical strength, insulation, and chemical stability, and has low moisture permeability and linear expansion coefficient. Therefore, if a polyimide resin is used, the thermoelectric conversion element can exhibit more excellent thermoelectric conversion characteristics while having sufficient film self-supporting properties, and a thermoelectric conversion element film suitable for actual use can be obtained.

処理前フィルム用組成物中における絶縁性高分子材料の配合量は、特に限定されないが、CNT100質量部当たり、30質量部以上であることが好ましく、50質量部以上であることがより好ましく、120質量部以上であることが更に好ましく、150質量部以上であることが特に好ましく、500質量部以下であることが好ましく、400質量部以下であることがより好ましく、350質量部以下であることが更に好ましく、300質量部以下であることが特に好ましい。絶縁性高分子材料の配合量が上述の範囲内であれば、熱電変換素子用フィルムの膜自立性および熱電変換素子の熱電変換特性を更に高めることが可能となる。   The blending amount of the insulating polymer material in the pre-treatment film composition is not particularly limited, but is preferably 30 parts by mass or more, more preferably 50 parts by mass or more per 100 parts by mass of CNTs, 120 More preferably, it is more preferably 150 parts by mass or more, more preferably 500 parts by mass or less, more preferably 400 parts by mass or less, and more preferably 350 parts by mass or less. More preferably, it is particularly preferably 300 parts by mass or less. If the blending amount of the insulating polymer material is within the above range, the film self-supporting property of the thermoelectric conversion element film and the thermoelectric conversion characteristics of the thermoelectric conversion device can be further enhanced.

[[導電性材料]]
処理前フィルム用組成物に含まれる導電性材料は、電子又は正孔を輸送するか、それらの輸送を促進させる物質である。導電材材料を用いることで、得られる熱電変換素子用フィルムの導電性を確保することができる。なお、本発明において、「カーボンナノチューブ」および「絶縁性高分子材料」は、「導電性材料」には含まれないものとする。
[[Conductive material]]
The conductive material contained in the pre-treatment film composition is a substance that transports electrons or holes or promotes their transport. By using a conductive material, the conductivity of the obtained film for thermoelectric conversion elements can be ensured. In the present invention, “carbon nanotube” and “insulating polymer material” are not included in “conductive material”.

そして導電性材料としては、種々の用途において、電子又は正孔の輸送を促進させるために使用されている物質を用いることができる。例えば、有機電界発光素子の構成材料や、光電変換素子の構成材料や、電子写真装置に使用される電子写真感光体が備える感光層の構成材料として使用される電荷輸送材料を、導電性材料として好適に使用することができる。   And as a conductive material, the substance currently used in order to accelerate | stimulate transport of an electron or a hole can be used in various uses. For example, a charge transport material used as a constituent material of an organic electroluminescence element, a constituent material of a photoelectric conversion element, or a constituent material of a photosensitive layer provided in an electrophotographic photosensitive member used in an electrophotographic apparatus is used as a conductive material. It can be preferably used.

ここで、導電性材料の好ましい例としては、N,N,N’,N’−テトラフェニル−4,4’−ジアミノフェニル、N,N’−ジフェニル−N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−〔1,1’−ビフェニル〕−4,4’−ジアミン(TPD)、2,2−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)プロパン、1,1−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)シクロヘキサン、N,N,N’,N’−テトラ−p−トリル−4,4’−ジアミノビフェニル、1,1−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)−4−フェニルシクロヘキサン、ビス(4−ジメチルアミノ−2−メチルフェニル)フェニルメタン、ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)フェニルメタン、N,N’−ジフェニル−N,N’−ジ(4−メトキシフェニル)−4,4’−ジアミノビフェニル、N,N,N’,N’−テトラフェニル−4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ビス(ジフェニルアミノ)クオードリフェニル、N,N,N−トリ(p−トリル)アミン、4−(ジ−p−トリルアミノ)−4’−〔4−(ジ−p−トリルアミノ)スチリル〕スチルベン;4−N,N−ジフェニルアミノ−(2−ジフェニルビニル)ベンゼン;3−メトキシ−4’−N,N−ジフェニルアミノスチルベンゼン、N−フェニルカルバゾール、4,4’−ビス〔N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ〕ビフェニル(NPD)、および4,4’,4”−トリス〔N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ〕トリフェニルアミン(MTDATA)等の芳香族アミン化合物;アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン、ヘプタセン、クリセン、ピセン、フルミネン、ピレン、ペロピレン、ペリレン、テリレン、クオテリレン、コロネン、オバレン、サーカムアントラセン、ビスアンテン、ゼスレン、ヘプタゼスレン、ピランスレン、ビオランテン、イソビオランテン、サーコビフェニル、およびアントラジチオフェン、並びにこれらの誘導体等の縮合多環芳香族化合物;テトラチアフルバレン化合物、キノン化合物、およびテトラシアノキノジメタン等のシアノ化合物等の共役系化合物;テトラチアフルバレン−テトラシアノキノジメタン錯体、高分子金属錯体の塩であるポリ(M 1,1,2,2−エテンテトラチオラート)の塩が挙げられる。ここで、前記高分子金属錯体中のMは金属を表し、Mとしては、例えば、ニッケル、銅、パラジウム、コバルト、鉄が挙げられる。また塩の種類としては、ナトリウム塩、カリウム塩、銅塩、およびアルキルアンモニウム塩(アルキル基の水素原子が任意の官能基に置換されたものを含む)が挙げられる。
そして、ポリ(M 1,1,2,2−エテンテトラチオラート)の塩は、具体的には以下の式(I)の構造を有する

Figure 2017122808
式中、Mは金属原子を表し、例えばNi、Cu、Pd、Co、Feの何れかを表す。そしてAは1価又は2価の陽イオンを表し、例えばNa、K、Cu2+、NR [Rは水素原子又はアルキル基を表し、4つのRのうち少なくとも1つのRはアルキル基である。なおアルキル基の水素原子は任意の官能基に置換されていてもよい。]の何れかを表す。Xは繰り返し単位当たりのAの数を表し、例えば1以上3以下の整数を表す。そして、nは繰り返し単位の数を表し、例えば3以上10000以下の整数を表す。
なお、上記ポリ(M 1,1,2,2−エテンテトラチオラート)の塩は、例えば「“Organic thermoelectric materials and devices based on p- and n-type poly(metal 1,1,2,2-ethenetetrathiolate)s”,Yimeng Sun, Peng Sheng, Chongan Di, Fei Jiao, Wei Xu,Dong Qiu, and Daoben Zhu, Advanced Materials, 2012, vol.24, p.932-937」にその詳細が開示されている。Here, preferable examples of the conductive material include N, N, N ′, N′-tetraphenyl-4,4′-diaminophenyl, N, N′-diphenyl-N, N′-bis (3-methyl Phenyl)-[1,1′-biphenyl] -4,4′-diamine (TPD), 2,2-bis (4-di-p-tolylaminophenyl) propane, 1,1-bis (4-di-) p-tolylaminophenyl) cyclohexane, N, N, N ′, N′-tetra-p-tolyl-4,4′-diaminobiphenyl, 1,1-bis (4-di-p-tolylaminophenyl) -4 -Phenylcyclohexane, bis (4-dimethylamino-2-methylphenyl) phenylmethane, bis (4-di-p-tolylaminophenyl) phenylmethane, N, N'-diphenyl-N, N'-di (4- Methoxyphenyl) -4,4'-diamy Nobiphenyl, N, N, N ′, N′-tetraphenyl-4,4′-diaminodiphenyl ether, 4,4′-bis (diphenylamino) quadriphenyl, N, N, N-tri (p-tolyl) Amine, 4- (di-p-tolylamino) -4 ′-[4- (di-p-tolylamino) styryl] stilbene; 4-N, N-diphenylamino- (2-diphenylvinyl) benzene; 3-methoxy- 4′-N, N-diphenylaminostilbenzene, N-phenylcarbazole, 4,4′-bis [N- (1-naphthyl) -N-phenylamino] biphenyl (NPD), and 4,4 ′, 4 ″ -Aromatic amine compounds such as tris [N- (3-methylphenyl) -N-phenylamino] triphenylamine (MTDATA); anthracene, tetracene, pentacene, hexene Sen, heptacene, chrysene, picene, fluorene, pyrene, peropyrene, perylene, terylene, quaterylene, coronene, ovalen, circumcamanthracene, bisanthene, zeslen, heptazeslen, pyranthrene, violanthene, isoviolanthene, sacobiphenyl, and anthradithiophene And condensed polycyclic aromatic compounds such as derivatives thereof; conjugated compounds such as tetrathiafulvalene compounds, quinone compounds, and cyano compounds such as tetracyanoquinodimethane; tetrathiafulvalene-tetracyanoquinodimethane complexes, polymers And a salt of poly (M 1,1,2,2-ethenetetrathiolate) which is a salt of a metal complex, wherein M in the polymer metal complex represents a metal, and M is, for example, nickel , Copper, palladium, koval , It includes the iron. Examples of the salt include sodium salts, potassium salts, copper salts, and alkylammonium salts (including those in which a hydrogen atom of an alkyl group is substituted with an arbitrary functional group).
The salt of poly (M 1,1,2,2-ethenetetrathiolate) specifically has the structure of the following formula (I)
Figure 2017122808
In the formula, M represents a metal atom, for example, any one of Ni, Cu, Pd, Co, and Fe. A + represents a monovalent or divalent cation, for example, Na + , K + , Cu 2+ , NR 4 + [R represents a hydrogen atom or an alkyl group, and at least one of four R is an alkyl It is a group. The hydrogen atom of the alkyl group may be substituted with any functional group. ] Is represented. X represents the number of A + per repeating unit, for example, an integer of 1 or more and 3 or less. N represents the number of repeating units, for example, an integer of 3 to 10,000.
The salt of poly (M 1,1,2,2-ethenetetrathiolate) is, for example, ““ Organic thermoelectric materials and devices based on p- and n-type poly (metal 1,1,2,2-ethenetetrathiolate ”. ) s ”, Yimeng Sun, Peng Sheng, Chongan Di, Fei Jiao, Wei Xu, Dong Qiu, and Daoben Zhu, Advanced Materials, 2012, vol.24, p.932-937.

これらの導電性材料は1種類を単独で使用してもよく、2種類以上を併用してもよい。そしてこれらの導電性材料の中でも、熱電変換素子の熱電変換特性を更に高める観点からは、ポリ(M 1,1,2,2−エテンテトラチオラート)の塩が好ましい。なお当該ポリ(M 1,1,2,2−エテンテトラチオラート)の塩は、例えば、「“Novel Nanodispersed Polymer Complex, Poly(nickel 1,1,2,2-ethenetetrathilate): Preparation and Hybridization for n-Type of Organic Thermoelectric Materials”, Keisuke Oshima, Yukihide Shiraishi, and Naoki Toshima, Chemistry Letters, 2015, Vol.44, No.9, p.1185-1187」を参照し、ドデシルトリメチルアンモニウムブロマイド(DTAB)等を用い、ナノ粒子化して分散可溶化して用いるのが好ましい。   These conductive materials may be used alone or in combination of two or more. Among these conductive materials, a salt of poly (M 1,1,2,2-ethenetetrathiolate) is preferable from the viewpoint of further improving the thermoelectric conversion characteristics of the thermoelectric conversion element. The salt of poly (M 1,1,2,2-ethenetetrathiolate) is, for example, ““ Novel Nanodispersed Polymer Complex, Poly (nickel 1,1,2,2-ethenetetrathilate): Preparation and Hybridization for n- Refer to “Type of Organic Thermoelectric Materials”, Keisuke Oshima, Yukihide Shiraishi, and Naoki Toshima, Chemistry Letters, 2015, Vol.44, No.9, p.1185-1187, and use dodecyltrimethylammonium bromide (DTAB) It is preferable to use it after making it into nanoparticles and dispersing and solubilizing it.

処理前フィルム用組成物中における導電性材料の配合量は、特に限定されないが、CNT100質量部当たり、30質量部以上であることが好ましく、50質量部以上であることがより好ましく、120質量部以上であることが更に好ましく、150質量部以上であることが特に好ましく、500質量部以下であることが好ましく、400質量部以下であることがより好ましく、350質量部以下であることが更に好ましく、320質量部以下であることが特に好ましい。導電性材料の配合量が上述の範囲内であれば、熱電変換素子用フィルムの導電性を向上させ、熱電変換素子の熱電変換特性を更に高めることが可能となる。   Although the compounding quantity of the electroconductive material in the composition for a film before a process is not specifically limited, It is preferable that it is 30 mass parts or more per 100 mass parts of CNT, It is more preferable that it is 50 mass parts or more, 120 mass parts More preferably, it is more preferably 150 parts by mass or more, preferably 500 parts by mass or less, more preferably 400 parts by mass or less, and further preferably 350 parts by mass or less. 320 parts by mass or less is particularly preferable. When the blending amount of the conductive material is within the above range, it is possible to improve the conductivity of the thermoelectric conversion element film and further improve the thermoelectric conversion characteristics of the thermoelectric conversion element.

[[溶媒]]
処理前フィルム用組成物に使用し得る溶媒は、CNT、絶縁性高分子材料、および導電性材料を溶解および/または分散しうるものであれば特に限定されない。溶媒としては、有機溶媒が好ましく、具体的には、後述する「処理液」の項で挙げる有機溶媒を使用することができる。溶媒は、一種単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。そしてこれらの中でも、CNTの分散性向上の観点からは、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシドが好ましく、N−メチル−2−ピロリドンがより好ましい。
なお、処理前フィルム用組成物中の溶媒の種類及び配合量は、CNT、絶縁性高分子材料、および導電性材料などの種類や量に応じて適宜調整することができる。
[[solvent]]
The solvent that can be used in the pre-treatment film composition is not particularly limited as long as it can dissolve and / or disperse CNTs, insulating polymer materials, and conductive materials. As the solvent, an organic solvent is preferable, and specifically, organic solvents listed in the section of “treatment liquid” described later can be used. A solvent may be used individually by 1 type and may be used in combination of 2 or more type. Among these, N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylformamide, and dimethyl sulfoxide are preferable, and N-methyl-2-pyrrolidone is more preferable from the viewpoint of improving the dispersibility of CNT.
In addition, the kind and compounding quantity of the solvent in the composition for a film before a process can be suitably adjusted according to kind and quantity, such as CNT, an insulating polymer material, and an electroconductive material.

[[その他の成分]]
処理前フィルム用組成物は、上述したCNT、絶縁性高分子材料、導電性材料、および溶媒以外の成分を含んでいてもよい。そのような他の成分としては、特に限定されないが、カーボンナノチューブ分散剤、トリフェニルホスフィン、セルロース、熱電変換材料層に使用される既知の無機熱電変換材料などが挙げられる。
カーボンナノチューブ分散剤としては、ドデシルスルホン酸ナトリウム、デオキシコール酸ナトリウム、コール酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムなどの界面活性剤が挙げられる。
また、無機熱電変換材料としては、特に限定されないが、特開2015−170766号公報に記載のものが挙げられる。
これらのその他の成分の配合量は、適宜調整することができる。
[[Other ingredients]]
The composition for pre-treatment film may contain components other than the above-mentioned CNT, insulating polymer material, conductive material, and solvent. Examples of such other components include, but are not limited to, carbon nanotube dispersants, triphenylphosphine, cellulose, known inorganic thermoelectric conversion materials used for thermoelectric conversion material layers, and the like.
Examples of the carbon nanotube dispersant include surfactants such as sodium dodecylsulfonate, sodium deoxycholate, sodium cholate, sodium dodecylbenzenesulfonate.
Moreover, it does not specifically limit as an inorganic thermoelectric conversion material, However, The thing of Unexamined-Japanese-Patent No. 2015-170766 is mentioned.
The compounding quantity of these other components can be adjusted suitably.

[[処理前フィルム用組成物の調製]]
処理前フィルム用組成物は、上述した成分を既知の方法で混合することにより調製することができるが、CNT、絶縁性高分子材料、導電性材料、および溶媒を含む粗混合物を、キャビテーション効果または解砕効果が得られる分散処理により混合する工程を経て製造することが好ましい。キャビテーション効果が得られる分散処理または解砕効果が得られる分散処理を用いて処理前フィルム用組成物を調製すれば、CNTが良好に分散され、熱電変換素子に、優れた熱電変換特性を十分に発揮させることができるからである。
[[Preparation of pre-treatment film composition]]
The composition for pre-treatment film can be prepared by mixing the above-described components by a known method. However, a crude mixture containing CNT, an insulating polymer material, a conductive material, and a solvent is used as a cavitation effect or It is preferable to manufacture through the process of mixing by the dispersion process from which a crushing effect is acquired. If a pre-treatment film composition is prepared using a dispersion treatment that provides a cavitation effect or a dispersion treatment that provides a crushing effect, the CNTs are well dispersed and the thermoelectric conversion element has sufficient excellent thermoelectric conversion characteristics. It is because it can be demonstrated.

−キャビテーション効果が得られる分散処理−
キャビテーション効果が得られる分散処理は、液体に高エネルギーを付与した際、溶媒に生じた真空の気泡が破裂することにより生じる衝撃波を利用した分散方法である。この分散方法を用いることにより、CNTを良好に分散させることができる。
-Distributed processing with cavitation effect-
The dispersion treatment that provides a cavitation effect is a dispersion method that uses a shock wave that is generated when a vacuum bubble generated in a solvent bursts when high energy is applied to a liquid. By using this dispersion method, CNTs can be dispersed well.

ここで、キャビテーション効果が得られる分散処理の具体例としては、超音波による分散処理、ジェットミルによる分散処理および高剪断撹拌による分散処理が挙げられる。これらの分散処理は一つのみを行なってもよく、複数の分散処理を組み合わせて行なってもよい。より具体的には、例えば超音波ホモジナイザー、ジェットミルおよび高剪断撹拌装置が好適に用いられる。これらの装置は従来公知のものを使用すればよい。   Here, specific examples of the dispersion treatment that can provide a cavitation effect include dispersion treatment using ultrasonic waves, dispersion treatment using a jet mill, and dispersion treatment using high shear stirring. Only one of these distributed processes may be performed, or a plurality of distributed processes may be combined. More specifically, for example, an ultrasonic homogenizer, a jet mill, and a high shear stirring device are preferably used. These devices may be conventionally known devices.

超音波ホモジナイザーを用いる場合には、粗分散液に対し、超音波ホモジナイザーにより超音波を照射すればよい。照射する時間は、CNTの量等により適宜設定すればよく、例えば、1分以上が好ましく、5分以上がより好ましく、また、5時間以下が好ましく、2時間以下がより好ましい。また、出力は10W以上50W以下が好ましく、温度は0℃以上50℃以下が好ましい。   When an ultrasonic homogenizer is used, ultrasonic waves may be applied to the coarse dispersion using an ultrasonic homogenizer. What is necessary is just to set suitably for the time to irradiate according to the quantity of CNT, etc. For example, 1 minute or more is preferable, 5 minutes or more are more preferable, 5 hours or less are preferable, and 2 hours or less are more preferable. The output is preferably 10 W or more and 50 W or less, and the temperature is preferably 0 ° C. or more and 50 ° C. or less.

また、ジェットミルを用いる場合、処理回数は、CNTの量等により適宜設定すればよく、例えば、2回以上が好ましく、5回以上がより好ましく、100回以下が好ましく、50回以下がより好ましい。また、例えば、圧力は20MPa以上250MPa以下が好ましく、温度は15℃以上50℃以下が好ましい。   In the case of using a jet mill, the number of treatments may be appropriately set depending on the amount of CNT, etc., for example, preferably 2 times or more, more preferably 5 times or more, preferably 100 times or less, more preferably 50 times or less. . For example, the pressure is preferably 20 MPa or more and 250 MPa or less, and the temperature is preferably 15 ° C. or more and 50 ° C. or less.

さらに、高剪断撹拌を用いる場合には、粗分散液に対し、高剪断撹拌装置により撹拌および剪断を加えればよい。旋回速度は速ければ速いほどよい。例えば、運転時間(機械が回転動作をしている時間)は3分以上4時間以下が好ましく、周速は5m/秒以上50m/秒以下が好ましく、温度は15℃以上50℃以下が好ましい。   Furthermore, when high shear stirring is used, stirring and shearing may be applied to the coarse dispersion by a high shear stirring device. The faster the turning speed, the better. For example, the operation time (time during which the machine is rotating) is preferably 3 minutes or more and 4 hours or less, the peripheral speed is preferably 5 m / second or more and 50 m / second or less, and the temperature is preferably 15 ° C. or more and 50 ° C. or less.

なお、上記したキャビテーション効果が得られる分散処理は、50℃以下の温度で行なうことがより好ましい。溶媒の揮発による濃度変化が抑制されるからである。   In addition, it is more preferable to perform the dispersion treatment for obtaining the above-described cavitation effect at a temperature of 50 ° C. or lower. This is because a change in concentration due to the volatilization of the solvent is suppressed.

−解砕効果が得られる分散処理−
解砕効果が得られる分散処理は、CNTを溶媒中に均一に分散できることは勿論、上記したキャビテーション効果が得られる分散処理に比べ、気泡が消滅する際の衝撃波によるCNTの損傷を抑制することができる点で一層有利である。
-Dispersion treatment that provides the effect of crushing-
Dispersion treatment with a crushing effect can not only uniformly disperse CNTs in a solvent, but also suppress damage to CNTs due to shock waves when bubbles disappear, compared to the dispersion treatment with the above-mentioned cavitation effect. It is more advantageous in that it can be done.

この解砕効果が得られる分散処理では、粗分散液にせん断力を与えてCNTの凝集体を解砕・分散させ、さらに粗分散液に背圧を負荷し、また必要に応じ、粗分散液を冷却することで、気泡の発生を抑制しつつ、CNTを溶媒中に均一に分散させることができる。
なお、粗分散液に背圧を負荷する場合、粗分散液に負荷した背圧は、大気圧まで一気に降圧させてもよいが、多段階で降圧することが好ましい。
In the dispersion treatment in which this crushing effect is obtained, a shearing force is applied to the coarse dispersion to crush and disperse the CNT aggregates, and further, a back pressure is applied to the coarse dispersion. By cooling the CNTs, the CNTs can be uniformly dispersed in the solvent while suppressing the generation of bubbles.
When a back pressure is applied to the coarse dispersion, the back pressure applied to the coarse dispersion may be reduced to atmospheric pressure all at once, but is preferably reduced in multiple stages.

ここに、粗分散液にせん断力を与えてCNTをさらに分散させるには、例えば、以下のような構造の分散器を有する分散システムを用いればよい。
すなわち、分散器は、粗分散液の流入側から流出側に向かって、内径がd1の分散器オリフィスと、内径がd2の分散空間と、内径がd3の終端部と(但し、d2>d3>d1である。)、を順次備える。
そして、この分散器では、流入する高圧(例えば10〜400MPa、好ましくは50〜250MPa)の粗分散液が、分散器オリフィスを通過することで、圧力の低下を伴いつつ、高流速の流体となって分散空間に流入する。その後、分散空間に流入した高流速の粗分散液は、分散空間内を高速で流動し、その際にせん断力を受ける。その結果、粗分散液の流速が低下すると共に、CNTが良好に分散する。そして、終端部から、流入した粗分散液の圧力よりも低い圧力(背圧)の流体が、処理前フィルム用組成物として流出することになる。
Here, in order to further disperse the CNTs by applying a shearing force to the coarse dispersion, for example, a dispersion system having a disperser having the following structure may be used.
In other words, the disperser has a disperser orifice having an inner diameter d1, a dispersion space having an inner diameter d2, and a terminal portion having an inner diameter d3 from the inflow side to the outflow side of the coarse dispersion liquid (where d2>d3> d1)).
In this disperser, the inflowing high-pressure (for example, 10 to 400 MPa, preferably 50 to 250 MPa) coarse dispersion passes through the disperser orifice, and becomes a high flow rate fluid with a decrease in pressure. Into the dispersed space. Thereafter, the high-velocity coarse dispersion liquid flowing into the dispersion space flows at high speed in the dispersion space and receives a shearing force at that time. As a result, the flow rate of the coarse dispersion decreases and CNTs are well dispersed. And the fluid of the pressure (back pressure) lower than the pressure of the inflowing coarse dispersion liquid flows out from the terminal part as the composition for pre-treatment film.

なお、粗分散液の背圧は、粗分散液の流れに負荷をかけることで粗分散液に負荷することができ、例えば、多段降圧器を分散器の下流側に配設することにより、粗分散液に所望の背圧を負荷することができる。
そして、粗分散液の背圧を多段降圧器により多段階で降圧することで、最終的に処理前フィルム用組成物を大気圧に開放した際に、処理前フィルム用組成物中に気泡が発生するのを抑制できる。
Note that the back pressure of the coarse dispersion can be applied to the coarse dispersion by applying a load to the flow of the coarse dispersion. For example, a rough pressure can be obtained by disposing a multistage step-down device downstream of the disperser. A desired back pressure can be applied to the dispersion.
Then, by reducing the back pressure of the coarse dispersion in multiple stages using a multistage pressure reducer, bubbles are generated in the film composition before processing when the film composition before processing is finally released to atmospheric pressure. Can be suppressed.

また、この分散器は、粗分散液を冷却するための熱交換器や冷却液供給機構を備えていてもよい。というのは、分散器でせん断力を与えられて高温になった粗分散液を冷却することにより、粗分散液中で気泡が発生するのをさらに抑制できるからである。
なお、熱交換器等の配設に替えて、粗分散液を予め冷却しておくことでも、CNTを含む溶媒中で気泡が発生することを抑制できる。
Further, the disperser may include a heat exchanger for cooling the coarse dispersion and a cooling liquid supply mechanism. This is because the generation of bubbles in the coarse dispersion can be further suppressed by cooling the coarse dispersion that has been heated to a high temperature by applying a shearing force with the disperser.
In addition, it can suppress that a bubble generate | occur | produces in the solvent containing CNT also by cooling a rough dispersion liquid beforehand instead of arrangement | positioning of a heat exchanger etc.

上記したように、この解砕効果が得られる分散処理では、キャビテーションの発生を抑制できるので、時として懸念されるキャビテーションに起因したCNTの損傷、特に、気泡が消滅する際の衝撃波に起因したCNTの損傷を抑制することができる。加えて、CNTへの気泡の付着や、気泡の発生によるエネルギーロスを抑制して、CNTを均一かつ効率的に分散させることができる。   As described above, in the dispersion treatment in which this crushing effect is obtained, since the occurrence of cavitation can be suppressed, damage to CNT caused by cavitation that is sometimes a concern, in particular, CNT caused by shock waves when bubbles disappear. Damage can be suppressed. In addition, it is possible to uniformly and efficiently disperse CNTs by suppressing the adhesion of bubbles to the CNTs and energy loss due to the generation of bubbles.

以上のような構成を有する分散システムとしては、例えば、製品名「BERYU SYSTEM PRO」(株式会社美粒製)などがある。そして、解砕効果が得られる分散処理は、このような分散システムを用い、分散条件を適切に制御することで、実施することができる。   As a distributed system having the above configuration, for example, there is a product name “BERYU SYSTEM PRO” (manufactured by Miki Co., Ltd.). And the dispersion | distribution process from which a crushing effect is acquired can be implemented by controlling a dispersion | distribution condition appropriately using such a dispersion | distribution system.

[処理前フィルムの形成]
処理前フィルムは、上述した処理前フィルム用組成物から、溶媒の少なくとも一部を除去することにより形成することができる。例えば、処理前フィルム用組成物を基材上に塗布又は流延などにより供給した後、基材上に形成された処理前フィルム用組成物の被膜から溶媒を除去することで、処理前フィルムを製造することができる。
そして、処理前フィルムを塗布する基材としては、既知のものが挙げられ、例えば特開2014−199837号公報に記載のものを用いることができる。
また処理前フィルム用組成物の被膜から溶媒を除去する方法は特に限定されず、当該被膜を加熱する方法や、当該被膜を室温下又は加熱下に減圧雰囲気下に置く方法等が挙げられる。これらの条件は、適宜設定することができる。
なお、処理前フィルムの厚さは特に限定されないが、処理液接触工程における効率及び得られる熱電変換素子用フィルムの膜自立性を確保する観点から、0.1μm以上100μm以下が好ましい。
[Formation of film before treatment]
The pre-treatment film can be formed by removing at least a part of the solvent from the pre-treatment film composition described above. For example, after supplying the pre-treatment film composition onto the substrate by coating or casting, the solvent is removed from the film of the pre-treatment film composition formed on the base material, thereby removing the pre-treatment film. Can be manufactured.
And as a base material which apply | coats a film before a process, a known thing is mentioned, For example, the thing of Unexamined-Japanese-Patent No. 2014-199837 can be used.
Moreover, the method of removing a solvent from the film of the composition for film before a process is not specifically limited, The method of heating the said film, the method of putting the said film in a pressure-reduced atmosphere under room temperature or heating, etc. are mentioned. These conditions can be set as appropriate.
In addition, although the thickness of the film before a process is not specifically limited, 0.1 micrometer or more and 100 micrometers or less are preferable from a viewpoint of ensuring the film | membrane self-supporting property of the film for thermoelectric conversion elements obtained in the process liquid contact process.

<処理液接触工程>
次いで、上述した処理前フィルム形成工程を経て得られた処理前フィルムを処理液と接触させる。
<Processing liquid contact process>
Next, the pre-treatment film obtained through the above-mentioned pre-treatment film formation step is brought into contact with the treatment liquid.

[処理液]
処理液としては、処理前フィルムに浸透して余剰な絶縁性高分子材料および/又は導電性材料を溶解等させて除去しうるものであれば特に限定されない。処理液としては、例えば、有機溶媒が好ましい。処理液として使用される有機溶媒の好適例としては、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、アニソール、トリメチルベンゼン、p−フルオロフェノール、p−クロロフェノール、o−クロロフェノール、およびパープルオロフェノール等の芳香族溶媒;テトラヒドロフラン、ジオキサン、シクロペンチルモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、および酢酸−3−メトキシブチル等のエーテル類;シクロヘキサノン、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン、およびジイソブチルケトン等のケトン類;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、2−ピロリドン、N−メチル−2−ピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、N,N,N,N−テトラメチル尿素、N−メチル−ε−カプロラクタム、およびヘキサメチルリン酸トリアミド等の含窒素極性有機溶媒;酢酸エチル、酢酸メチル、酢酸−n−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸−n−ブチル、酢酸−n−ペンチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸−n−ブチル、γ−ブチロラクトン、およびγ−バレロラクトン等のエステル類;ジメチルスルホキシドが挙げられる。これらは一種単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
そしてこれらの中でも、処理前フィルムからの余剰な絶縁性高分子材料および/または導電性材料の除去を効率良く行いつつ、熱電変換素子の熱電変換特性を更に高める観点からは、N−メチル−2−ピロリドン、メタノールが好ましく、N−メチル−2−ピロリドンがより好ましい。
[Treatment solution]
The treatment liquid is not particularly limited as long as it can penetrate the pre-treatment film and dissolve and remove excess insulating polymer material and / or conductive material. As the treatment liquid, for example, an organic solvent is preferable. Preferable examples of the organic solvent used as the treatment liquid include aromatic solvents such as toluene, xylene, ethylbenzene, anisole, trimethylbenzene, p-fluorophenol, p-chlorophenol, o-chlorophenol, and purple olophenol; Tetrahydrofuran, dioxane, cyclopentyl monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monoethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, diethylene glycol monobutyl ether acetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate, and acetic acid-3-methoxy Ethers such as butyl; cyclohexanone, methyl isobutyl ketone, Ketones such as ruethylketone and diisobutylketone; N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N, N-diethylformamide, 2-pyrrolidone, N-methyl-2-pyrrolidone, 1,3-dimethyl-2 Nitrogen-containing polar organic solvents such as imidazolidinone, N, N, N, N-tetramethylurea, N-methyl-ε-caprolactam, and hexamethylphosphoric triamide; ethyl acetate, methyl acetate, acetic acid-n-propyl , Isopropyl acetate, n-butyl acetate, n-pentyl acetate, methyl lactate, ethyl lactate, lactate-n-butyl, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, and the like; dimethyl sulfoxide. These may be used alone or in combination of two or more.
Among these, from the viewpoint of further improving the thermoelectric conversion characteristics of the thermoelectric conversion element while efficiently removing excess insulating polymer material and / or conductive material from the pre-treatment film, N-methyl-2 -Pyrrolidone and methanol are preferable, and N-methyl-2-pyrrolidone is more preferable.

[処理条件]
ここで、本発明の熱電変換素子用フィルムの製造方法においては、処理前フィルムの密度をD(g/cm)、熱電変換素子用フィルムの密度をD(g/cm)とした場合、上述したようにD/Dが0.5超0.9未満であることが必要である。そして、D/Dは、0.7超であることが好ましく、0.8超であることがより好ましく、0.81超であることが更に好ましく、0.86未満であることが好ましく、0.85未満であることがより好ましい。D/Dが0.5以下であると、自立膜としての使用が困難となり、0.9以上であると、熱電変換素子の熱電変換特性の向上効果が十分に得られない。
ここで、処理前フィルムの密度Dは、特に限定されないが、好ましくは1.1g/cm以上、より好ましくは1.2g/cm以上であり、好ましくは1.6g/cm以下、より好ましくは1.5g/cm以下である。また熱電変換素子用フィルムの密度Dは、特に限定されないが、好ましくは0.9g/cm以上、より好ましくは1.0g/cm以上であり、好ましくは1.4g/cm以下、より好ましくは1.3g/cm以下である。
なお、処理前フィルムの密度Dおよび熱電変換素子用フィルムの密度Dは、アルキメデス法(一定の大きさに切断したフィルムの厚みと重量を測定して密度を算出する方法)を用いて算出することができる。
[Processing conditions]
Here, in the method for manufacturing a thermoelectric conversion element film of the present invention, the density of the pretreatment film D B (g / cm 3) , the density of the thermoelectric conversion element film was D A (g / cm 3) In this case, as described above, D A / D B needs to be more than 0.5 and less than 0.9. D A / D B is preferably more than 0.7, more preferably more than 0.8, still more preferably more than 0.81, and preferably less than 0.86. More preferably, it is less than 0.85. When D A / D B is 0.5 or less, use as a self-supporting film becomes difficult, and when it is 0.9 or more, the effect of improving the thermoelectric conversion characteristics of the thermoelectric conversion element cannot be sufficiently obtained.
Here, the density D B of pretreatment film is not particularly limited, preferably 1.1 g / cm 3 or more, more preferably 1.2 g / cm 3 or higher, preferably 1.6 g / cm 3 or less, More preferably, it is 1.5 g / cm 3 or less. The density D A of the thermoelectric conversion element film is not particularly limited, but is preferably 0.9 g / cm 3 or more, more preferably 1.0 g / cm 3 or more, preferably 1.4 g / cm 3 or less. More preferably, it is 1.3 g / cm 3 or less.
The density D B of the pre-treatment film and the density D A of the thermoelectric conversion element film are calculated using the Archimedes method (a method of calculating the density by measuring the thickness and weight of a film cut into a certain size). can do.

また、上述した処理液を処理前フィルムに接触させる方法は特に限定されず、例えば、処理液の処理前フィルムへの塗布や、処理前フィルムの処理液中への浸漬等が挙げられる。これらの中でも密度が均一な熱電変換素子用フィルムを得る観点からは、処理前フィルムの処理液中への浸漬が好ましい。浸漬の際の条件はD/Dが所定の範囲内であれば特に限定されないが、例えば、浸漬液温度は25℃以上150℃以下、浸漬時間は5分以上12時間以下である。フィルムに熱を加えすぎると、材料変性や劣化、反応などが起こる可能性があるため、この程度の条件が好適である。Moreover, the method of making the process liquid mentioned above contact with the film before a process is not specifically limited, For example, the application | coating to the film before a process liquid, the immersion to the process liquid of a film before a process, etc. are mentioned. Among these, from the viewpoint of obtaining a film for thermoelectric conversion elements having a uniform density, it is preferable to immerse the pre-treatment film in the treatment liquid. The conditions for the immersion are not particularly limited as long as D A / D B is within a predetermined range. For example, the immersion liquid temperature is 25 ° C. or more and 150 ° C. or less, and the immersion time is 5 minutes or more and 12 hours or less. If too much heat is applied to the film, material modification, deterioration, reaction, and the like may occur.

(熱電変換素子用フィルム)
本発明の熱電変換素子用フィルムの製造方法により製造される熱電変換素子用フィルムは、上述した処理液接触工程を経ているため、余剰の絶縁性高分子材料および/または導電性材料が除去され熱電変換素子に十分に優れた熱電変換特性を発揮させることができる。また当該熱電変換素子用フィルムは、特にマトリックス樹脂である絶縁性高分子材料の処理液への過剰な溶出が抑制されているため、自立膜として良好に使用することができる。
(Thermoelectric conversion element film)
Since the film for thermoelectric conversion elements produced by the method for producing a film for thermoelectric conversion elements of the present invention has undergone the treatment liquid contact step described above, the excess insulating polymer material and / or conductive material is removed and the thermoelectric conversion film is removed. The conversion element can exhibit sufficiently excellent thermoelectric conversion characteristics. Moreover, since the excessive elution to the process liquid of the insulating polymer material which is a matrix resin is especially suppressed, the said film for thermoelectric conversion elements can be favorably used as a self-supporting film.

(熱電変換素子)
そして、本発明の熱電変換素子用フィルムの製造方法により製造される熱電変換素子用フィルムは、熱電変換素子の熱電変換材料層に使用することができる。熱電変換素子の構造は特に限定されず既知のものを採用することができる。熱電変換素子は、例えば基材上の熱電変換材料層に二つの電極を取り付けることで作製することができる。電極は特に限定されず、例えば特開2014−199837号公報に記載のものを用いることができる。また、熱電変換材料層と二つの電極の位置関係は、特に限定されない。例えば、熱電変換材料層の両端に電極が配置されていてもよいし、熱電変換材料層が二つの電極で挟まれていてもよい。
(Thermoelectric conversion element)
And the film for thermoelectric conversion elements manufactured by the manufacturing method of the film for thermoelectric conversion elements of this invention can be used for the thermoelectric conversion material layer of a thermoelectric conversion element. The structure of the thermoelectric conversion element is not particularly limited, and a known one can be adopted. A thermoelectric conversion element can be produced, for example, by attaching two electrodes to a thermoelectric conversion material layer on a substrate. An electrode is not specifically limited, For example, what is described in Unexamined-Japanese-Patent No. 2014-199837 can be used. Moreover, the positional relationship between the thermoelectric conversion material layer and the two electrodes is not particularly limited. For example, electrodes may be disposed on both ends of the thermoelectric conversion material layer, or the thermoelectric conversion material layer may be sandwiched between two electrodes.

そして、このような熱電変換素子は、複数の熱電変換素子を備える熱電変換モジュールに使用することができる。熱電変換モジュールとしては、例えば、複数の熱電変換素子を板状または円筒状に組み合わせてなる熱電変換モジュールが挙げられる。このような熱電変換モジュールは、本発明の熱電変換素子用フィルムの製造方法により製造される熱電変換素子用フィルムを熱電変換材料層として備える熱電変換素子を含んでいるため、高効率の発電が可能である。   And such a thermoelectric conversion element can be used for a thermoelectric conversion module provided with a some thermoelectric conversion element. Examples of the thermoelectric conversion module include a thermoelectric conversion module in which a plurality of thermoelectric conversion elements are combined in a plate shape or a cylindrical shape. Such a thermoelectric conversion module includes a thermoelectric conversion element provided with the thermoelectric conversion element film produced by the method for producing a thermoelectric conversion element film of the present invention as a thermoelectric conversion material layer, so that highly efficient power generation is possible. It is.

以下、本発明について実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、評価および測定には以下の方法を採用した。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, this invention is not limited to these Examples. The following methods were used for evaluation and measurement.

<パワーファクター(PF)>
熱電特性評価装置(アドバンス理工社製、ZEM-3)を用いて、真空中50〜110℃の温度下で、1〜5℃程度の温度差をつけた時の、熱電変換素子用フィルムのゼーベック係数S(μV・K−1)および導電率σ(S・cm−1)を測定した。そしてパワーファクター(μW・m−1・K−2)を、下記式を用いて算出した。
PF=S×σ/10000
パワーファクターは温度変化当たりの発電力を示す指標であり、パワーファクターが大きい程熱電変換特性に優れることを意味する。
<Power factor (PF)>
Seebeck of a film for thermoelectric conversion elements when a temperature difference of about 1 to 5 ° C. is applied in a vacuum at a temperature of 50 to 110 ° C. using a thermoelectric property evaluation apparatus (ZEM-3, manufactured by Advance Riko Co., Ltd.). The coefficient S (μV · K −1 ) and the conductivity σ (S · cm −1 ) were measured. The power factor (μW · m −1 · K −2 ) was calculated using the following formula.
PF = S 2 × σ / 10000
The power factor is an index indicating the power generation per temperature change, and the larger the power factor, the better the thermoelectric conversion characteristics.

(実施例1)
<カーボンナノチューブの調製>
国際公開第2006/011655号の記載に従い、スーパーグロース法によりCNT(SGCNT、単層CNTを含む。平均直径:4.5nm、BET比表面積:1020m/g)を調製した。
<ポリ(ニッケル 1,1,2,2−エテンテトラチオラート)の塩(可溶化PETT)の調製>
1,3,4,6−テトラチアペンタレン−2,5−ジオン(TPD、東京化成社製)1g、ナトリウムメトキシド(和光純薬社製)1.2g、およびドデシルトリメチルアンモニウムブロマイド(DTAB、試薬、和光純薬社製)6.8gを、メタノール200mL中に溶解させた。得られた溶液を、12時間加熱還流させた。次いで、溶液中に塩化ニッケル(II)無水(和光純薬社製)0.63gを加えた。塩化ニッケル(II)無水の添加後、さらに、溶液を12時間加熱還流させた。12時間還流後、溶液を室温下に12時間静置し、沈殿を生成させた。生成した黒色の沈殿物を吸引ろ過により回収した。回収された沈殿物を、メタノール2L、水2L、およびジエチルエーテル50mLを順に用いて洗浄した後、乾燥させて、可溶化PETTを得た。得られた可溶化PETTの元素組成を分析したところ、その元素組成は、Ni:15.28質量%、Na:0.48質量%、S:38.56質量%、C:30.76質量%、N:1.49質量%、H:4.38質量%であった。この結果から、得られた可溶化PETTが、ナトリウムメトキシドに由来するナトリウムイオンと、DTABに由来するドデシルトリメチルアンモニウムイオンとを含んでいることが分かる。即ち、得られた可溶化PETTは、ナトリウム塩とドデシルトリメチルアンモニウム塩の混合物であることが分かる。
<処理前フィルム用組成物の調製>
上述したカーボンナノチューブ100質量部、絶縁性高分子材料としてのポリイミド樹脂(ソルピー社製、TS−8、S1)267質量部、および導電性材料としての上述した可溶化PETT300質量部を、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)と共にスクリュー管内に投入し(この際の固形分濃度は15質量%であった)、超音波バスで10分間、超音波ホモジナイザーで10分間分散させて、処理前フィルム用組成物を得た。可溶化PETTはナノ粒子構造をとっており、SGCNTの表面に取り込まれ複合化された。なお、組成物中の可溶化PETTの粒子径を透過型電子顕微鏡で確認したところ、38±12nmであった。
<処理前フィルムの製造>
上記得られた処理前フィルム用組成物を、石英基板上に塗布した後、同基板を60℃で10時間加熱して処理前フィルム用組成物を乾燥させて、処理前フィルム(厚さ:7μm)を得た。
<処理液接触工程>
上記得られた処理前フィルムを、処理液としてのメタノール(25℃)の中に2時間浸漬した。その後、フィルムをメタノールから引き上げ、100℃のホットプレート上で乾燥させ、熱電変換素子用フィルムを得た。処理液接触工程前後のフィルムの密度(D、D)およびそれらの比(D/D)、並びに処理液接触工程前後のパワーファクター(PF)の値を表1に示す。また、得られた熱電変換素子用フィルムは十分な強度を有し、自立膜として使用が可能であることを確認した。
(Example 1)
<Preparation of carbon nanotube>
CNT (including SGCNT and single-walled CNT. Average diameter: 4.5 nm, BET specific surface area: 1020 m 2 / g) was prepared by the super-growth method in accordance with the description in International Publication No. 2006/011655.
<Preparation of salt of poly (nickel 1,1,2,2-ethenetetrathiolate) (solubilized PETT)>
1,3,4,6-tetrathiapentalene-2,5-dione (TPD, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) 1 g, sodium methoxide (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 1.2 g, and dodecyltrimethylammonium bromide (DTAB, 6.8 g of reagent (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was dissolved in 200 mL of methanol. The resulting solution was heated to reflux for 12 hours. Next, 0.63 g of nickel chloride (II) anhydrous (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to the solution. After the addition of anhydrous nickel (II) chloride, the solution was further heated to reflux for 12 hours. After refluxing for 12 hours, the solution was allowed to stand at room temperature for 12 hours to form a precipitate. The resulting black precipitate was collected by suction filtration. The collected precipitate was washed with 2 L of methanol, 2 L of water, and 50 mL of diethyl ether in this order, and then dried to obtain solubilized PETT. When the elemental composition of the obtained solubilized PETT was analyzed, the elemental composition was as follows: Ni: 15.28 mass%, Na: 0.48 mass%, S: 38.56 mass%, C: 30.76 mass%. , N: 1.49% by mass, H: 4.38% by mass. From this result, it can be seen that the solubilized PETT obtained contains sodium ions derived from sodium methoxide and dodecyltrimethylammonium ions derived from DTAB. That is, it can be seen that the obtained solubilized PETT is a mixture of sodium salt and dodecyltrimethylammonium salt.
<Preparation of film composition before treatment>
100 parts by mass of the above-mentioned carbon nanotubes, 267 parts by mass of a polyimide resin (TS-8, S1 manufactured by Solpy Co., Ltd.) as an insulating polymer material, and 300 parts by mass of the above-described solubilized PETT as an electrically conductive material -2-Pyrrolidone (NMP) was introduced into the screw tube (at this time, the solid content was 15% by mass), dispersed for 10 minutes with an ultrasonic bath, and for 10 minutes with an ultrasonic homogenizer. A composition was obtained. Solubilized PETT has a nanoparticle structure and was incorporated into the surface of SGCNT to be composited. In addition, when the particle diameter of the solubilized PETT in the composition was confirmed with a transmission electron microscope, it was 38 ± 12 nm.
<Manufacture of untreated film>
After applying the obtained composition for pre-treatment film on a quartz substrate, the substrate was heated at 60 ° C. for 10 hours to dry the composition for pre-treatment film, and the pre-treatment film (thickness: 7 μm) )
<Processing liquid contact process>
The obtained pre-treatment film was immersed in methanol (25 ° C.) as a treatment liquid for 2 hours. Thereafter, the film was pulled up from methanol and dried on a hot plate at 100 ° C. to obtain a film for a thermoelectric conversion element. Table 1 shows the density (D B , D A ) and ratio (D A / D B ) of the film before and after the treatment liquid contact process, and the power factor (PF) before and after the treatment liquid contact process. Moreover, it confirmed that the obtained film for thermoelectric conversion elements had sufficient intensity | strength, and can be used as a self-supporting film | membrane.

(実施例2)
処理液としてNMPを用い、浸漬後の乾燥にホットプレートに替えて乾燥機を(乾燥温度:150℃、乾燥時間:12時間)用いた以外は、実施例1と同様にして、熱電変換素子用フィルムを得た。処理液接触工程前後のフィルムの密度(D、D)およびそれらの比(D/D)、並びに処理液接触工程前後のパワーファクター(PF)の値を表1に示す。また、得られた熱電変換素子用フィルムは十分な強度を有し、自立膜として使用が可能であることを確認した。
(Example 2)
For a thermoelectric conversion element, as in Example 1, except that NMP was used as the treatment liquid and a dryer (drying temperature: 150 ° C., drying time: 12 hours) was used instead of the hot plate for drying after immersion. A film was obtained. Table 1 shows the density (D B , D A ) and ratio (D A / D B ) of the film before and after the treatment liquid contact process, and the power factor (PF) before and after the treatment liquid contact process. Moreover, it confirmed that the obtained film for thermoelectric conversion elements had sufficient intensity | strength, and can be used as a self-supporting film | membrane.

Figure 2017122808
Figure 2017122808

表1から、実施例1〜2において、処理液と接触させることで熱電変換素子用フィルムのパワーファクター(PF)が大幅に向上しており、即ち当該熱電変換素子用フィルムを熱電変換材料層に用いることで、熱電変換素子に十分に優れた熱電変換特性を発揮させうることがわかる。
なお従来の製造方法では、熱電変換素子用フィルムの低密度化および優れた自立性の両立が困難な場合もあったが、所定の条件で処理液接触工程を行う本発明の製造方法によれば、このような熱電変換素子用フィルムを効率良く製造することができる。
From Table 1, in Examples 1-2, the power factor (PF) of the film for thermoelectric conversion elements is greatly improved by making it contact with a process liquid, ie, the said film for thermoelectric conversion elements is used as a thermoelectric conversion material layer. It turns out that the thermoelectric conversion characteristic sufficiently excellent in the thermoelectric conversion element can be exhibited by using.
In the conventional manufacturing method, it may be difficult to achieve both low density of the thermoelectric conversion element film and excellent self-supporting property, but according to the manufacturing method of the present invention in which the treatment liquid contact step is performed under predetermined conditions. Such a film for a thermoelectric conversion element can be produced efficiently.

本発明の熱電変換素子用フィルムの製造方法によれば、膜自立性が確保され、且つ熱電変換素子に十分に優れた熱電変換特性を発揮させうる熱電変換素子用フィルムを提供することができる。   According to the method for producing a film for a thermoelectric conversion element of the present invention, it is possible to provide a film for a thermoelectric conversion element that can ensure film self-sustainability and can exhibit sufficiently excellent thermoelectric conversion characteristics.

Claims (5)

カーボンナノチューブと、絶縁性高分子材料と、導電性材料とを含む処理前フィルム用組成物を用いて処理前フィルムを形成する工程と、
前記処理前フィルムを処理液と接触させて熱電変換素子用フィルムを得る工程と、を備え、
前記処理前フィルムの密度をD(g/cm)、前記熱電変換素子用フィルムの密度をD(g/cm)とした際に、D/Dの値が0.5超0.9未満である、熱電変換素子用フィルムの製造方法。
Forming a pre-treatment film using a pre-treatment film composition comprising a carbon nanotube, an insulating polymer material, and a conductive material;
A step of bringing the pre-treatment film into contact with a treatment liquid to obtain a thermoelectric conversion element film,
When the density of the pre-treatment film is D B (g / cm 3 ) and the density of the thermoelectric conversion element film is D A (g / cm 3 ), the value of D A / D B exceeds 0.5. The manufacturing method of the film for thermoelectric conversion elements which is less than 0.9.
前記導電性材料がポリ(M 1,1,2,2−エテンテトラチオラート)の塩[ここで、Mは金属を表す]を含む、請求項1に記載の熱電変換素子用フィルムの製造方法。   The method for producing a film for a thermoelectric conversion element according to claim 1, wherein the conductive material contains a salt of poly (M 1,1,2,2-ethenetetrathiolate) [wherein M represents a metal]. 前記絶縁性高分子材料がポリイミド樹脂を含む、請求項1または2に記載の熱電変換素子用フィルムの製造方法。   The manufacturing method of the film for thermoelectric conversion elements of Claim 1 or 2 with which the said insulating polymer material contains a polyimide resin. 前記カーボンナノチューブの比表面積が600m/g以上である、請求項1〜3の何れかに記載の熱電変換素子用フィルムの製造方法。The manufacturing method of the film for thermoelectric conversion elements in any one of Claims 1-3 whose specific surface area of the said carbon nanotube is 600 m < 2 > / g or more. 前記処理液がN−メチル−2−ピロリドンを含む、請求項1〜4の何れかに記載の熱電変換素子用フィルムの製造方法。   The manufacturing method of the film for thermoelectric conversion elements in any one of Claims 1-4 in which the said process liquid contains N-methyl-2- pyrrolidone.
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