Nanosystems Research Division, Nanosystems Research Division, 바카라 커뮤니티 (Nomaguchi Yutaka 의장) (이하 "AIST"로 언급) Nanosystems 연구 부서 [Yase Kiyoshi Yase Kiyoshi 리서치 디렉터] Nanostructure Active Devication Special Researcher Keisuke, Atist Special Researcher, Isshiag Takao와 다른 사람들은 연구 그룹을 이끌고 박막 형성 과정을 최적화하고 나노 결정 입자를 정렬하여 유기적으로 만듭니다바카라 필승법성 폴리머 페도트 : PSS박막의 바카라 필승법도 향상,열전 변환Element 'sDimensional-Non-Merger(ZT) = 027, 상온에서 세계에서 가장 높은 열전 전환 성능을 달성합니다
이전에는 부식성 분자와 혼합 된 PEDOT 기반 바카라 필승법성 중합체에서 매우 높은 열전 전환 성능이보고되었다 이 연구에서, 연구 개발은 비교적 안전하고 희귀하거나 독성 요소를 포함하지 않는 상업적으로 이용 가능한 재료 인 PEDOT : PSS를 사용하여 수행되었다 구체적으로, 에틸렌 글리콜을 첨가하여 PEDOT : PSS 용액을 떨어 뜨리고 기질상의 나노 결정질 입자를 정렬함으로써 바카라 필승법성이 크게 개선되어 세계 최고 수준의 열전 전환 성능을 달성했다 앞으로, 우리는 실온에서 사용할 수있는 유연한 열전 전환 요소를 제공 할 것입니다에너지 수확등에 적용될 것으로 예상됩니다
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바카라 필승법성 폴리머 페도트 : PSS 필름으로 만든 열전 장치
종이와 같은 부드러운 재료로 형성 될 수 있으며 구부러진 요소를 제작할 수 있습니다 |
청정 에너지 원으로서, 공장, 주택 등에서 방출되는 열을 효과적으로 활용할 것으로 예상됩니다 열전 전환은 효과적인 사용 방법으로 간주되었습니다 예를 들어, 집에 친숙한 열을 전기로 변환하여 전력이 거의없는 가정 장비의 전원으로 사용하거나 휴대용 GPS 장치 및 손목 시계의 전원으로 살아있는 몸의 체온에서 생산 된 전기를 사용하는 것이 가능합니다
지금까지 Bismuth-Tellurium 기반 무기 재료는 실온에서 150 ° C에서 온도 범위에서 열전 전환 성능이 가장 높은 재료로 잘 알려져 있습니다 그러나 이러한 물질은 일반적인 환경에서 사용하는 데 문제가있는 독성 요소를 사용합니다 또한 원자재는 드물고 비싸기 때문에 더 많은 열을 효율적으로 회수하기 위해 지역을 증가시키기가 어려웠습니다 또한, 인체, 배수 파이프 등의 열을 효율적으로 회수하기 위해서는 원소가 곡선 표면에 충분히 접촉하는 요소를 유연하게해야하지만 무기 재료는 어렵고 그러한 응용에 적합하지 않습니다
한편, 바카라 필승법성 중합체와 같은 유기물은 오랫동안 전자 재료로 사용되어왔다 현재 바카라 필승법성 폴리머조차도 매우 높은 바카라 필승법도를 나타내는 재료 및 대규모 장치를보고했습니다 바카라 필승법성 중합체 물질에는 희귀하거나 독성이있는 원소가 포함되지 않으며 넓은 영역으로 만들 수 있으며 유연하여 무기 재료보다 유망합니다
열전 전환 재료로서의 성능은 Merit (ZT)의 차원없는 그림으로 표시되며 열 전자 유전력Seebeck 계수및 재료바카라 필승법도크다,열바카라 필승법율가 낮을수록 숫자가 높아집니다 표에서 볼 수 있듯이, 일반적으로, 2002 년 폴리 페닐 렌 비닐렌 ZT = 01은 유기 물질의 가장 높았으며 10-2그러나 작년에 유기 물질로 ZT = 025를 달성했으며 현재 탄소 나노 튜브와의 조합을 포함하여 다양한 재료에 대해 연구 개발이 수행되고 있습니다
AIST는 유기 분자를 제공합니다자체 조립 멤브레인에 대한 기본 연구를 진행하고 있습니다 바카라 필승법도 측정에 대한 연구 이 과정에서 AIST는 PEDOT : PSS [Poly (3,4- 에틸렌 디 오 덱스 티 오펜) : Poly (Styrenesulfonate)]에 중점을두고 있으며, 이는 바카라 필승법성 중합체의 가장 높은 바카라 필승법성을 갖고 초기에분자 전자 제품이 페도트 : PSS는 요소 (2012 년 7 월 18 일 AEST 주요 연구 결과 : "금속 복합 분자 막의 새로운 전자 전달 메커니즘")
한편, 2011 년 스웨덴 연구 그룹은 PEDOT : Toluenesulfonate가 ZT = 025를 달성했으며 PEDOT 기반 재료는 열전 전환 재료로서 많은 관심을 끌었다 고보고했다 그러나이 시스템에 사용 된 Toluenesulfonate에는 부식과 같은 문제가 있으며 실제 용도로 사용하기 쉽고 안전한 재료를 검색하는 것이 바람직했습니다 또한, 필름의 결정 구조가 열전 전환 성능에 제공하는 메커니즘은이 보고서에서 완전히 평가되지 않았다
따라서, 우리는 이전에 AIST에 의해 사용 된 PEDOT : PSS가 희귀하거나 독성 요소를 포함하지 않고 크게 만들어 질 수 있으며 매우 유연한 물질이라는 사실에 중점을 두었습니다 결정화로 인한 높은 열전 전환 성능을 나타내는 경우, 실온에 가까운 환경에서 유망한 열전 전환 재료가되어 열전 전환 성능을 측정했습니다
또한,이 연구 및 개발의 일부는 과학 연구를위한 교육, 문화, 스포츠, 과학 및 기술의 보조금, "분자 나노 시스템의 새로운 화학"에 의해 지원되었습니다
PEDOT : 바카라 필승법성 중합체 필름 중 PSS는 이전 연구를 통해 매우 높은 바카라 필승법성을 갖는 것으로보고되었습니다 예를 들어, 바카라 필승법도가 1,000 s/cm 및 02 w/mk의 열바카라 필승법율을 갖는 바카라 필승법성 중합체, 그리고 Seebeck 계수가 1 ° C 당 50 µV 인 경우 ZT는 0375에서 매우 클 것입니다 PEDOT : PSS 바카라 필승법도는 박막의 화학적 처리입니다enneal에 의해 크게 향상되었습니다 대개캐스트바카라 필승법도는 약 1 s/cm이지만, 유기 용매를 PEDOT : PSS와 주조하기 전에 PSS와 100-150 ° C의 온도에서 탈퇴하는 것으로 혼합함으로써 바카라 필승법도는 2-3 차량의 흉부로 향상되는 것으로 나타났습니다 바카라 필승법도의 개선 속도는 용매 유형에 의존하고 에틸렌 글리콜이 가장 효과적이었다 에틸렌 글리콜의 혼합 속도를 변경함으로써, 페도트 : PSS의 바카라 필승법도는 1 s/cm의 부착되지 않은 필름에 비해 크게 향상되어 3%에서 최대 830 s/cm에 도달했다 다음으로, SeeBeck 계수를 측정하고 온도 차이는 1 ° C 당 약 40-50 µV였습니다 또한,이 박막의 열 바카라 필승법도는 018 w/mk에서 매우 낮았다 이 값으로부터 계산 된 ZT는 30 ℃ (303K)에서 027이고 50 ℃ (323 K)에서 029였으며, 이는 현재 유기 물질의 세계 최고 수준이다
이 매우 높은 바카라 필승법도 및 열전 전환 성능은 에틸렌 글리콜의 증발 동안 용매에 분산 된 PEDOT : PSS의 나노 결정 입자가 매우 높은 순서로 배열되기 때문에 생각된다 (도 1) PEDOT : PSS의 이러한 구조적 변화는 X- 선 회절에 의해 확인되었다 나노 결정의 순서는 캐리어 이동성을 증가시키고 바카라 필승법도를 향상시켜 매우 높은 ZTS를 초래하는 것으로 해석된다 이 결과는 바카라 필승법성 중합체 페도트 : PSS가 유기 열전 전환 물질로 유망하다는 것을 보여준다
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| 그림 1 PEDOT의 바카라 필승법도 향상을위한 개략도 : PSS |
| 부피 : 에틸렌 글리콜 없음 추가, 바닥 : 에틸렌 글리콜이 추가 될 때 |
| PEDOT의 나노 결정은 에틸렌 글리콜의 증발 과정에서 고도로 정렬 된 방식으로 배열되는 것으로 생각되며, 이는 바카라 필승법성 및 열전 전환 성능을 향상시키는 것으로 생각된다 |
유사한 유기 바카라 필승법성 폴리머에 대해 100-200 µV의 더 큰 시끄러운 계수 가보고되었으며, 박막 제조 공정과 같은 추가 최적화는 잠재적으로 이러한 큰 시끄러운 계수를 달성 할 수 있습니다 이 경우 더 큰 ZT가 달성 될 것으로 예상됩니다 앞으로, 우리는 실험과 협력 할뿐만 아니라 이론적으로도 더 높은 ZT를 입증하기위한 실험을 수행 할 계획이다 또한,이 박람회를 사용한 대 지역 열전 모듈의 프로토 타입이 계획된다