热电转换元件和使用其的热电转换材料制造技术

本发明专利技术的热电转换元件的特征在于，其是在热电转换层中使用下述热电转换材料而得到的热电转换元件，所述热电转换材料含有聚噻吩聚合物、碳纳米管以及非共轭高分子，该聚噻吩聚合物具有含有下述通式(1)所表示的重复单元的主链，且侧链R是位置相对于上述主链为无规(区域无规)的序列。通式(1)通式(1)中，R表示碳原子数为1～20的烷基。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热电转换元件和使用其的热电转换材料
本专利技术涉及热电转换元件和该元件中使用的热电转换材料。
技术介绍
近年来，考虑到地球环境，希望从现有的化石能源过渡到可再生能源。作为可再生能源，有太阳光发电、风力发电、波浪发电、振动发电、热电发电等，其中热电发电能够将热能直接转换为电力，能够有效利用太阳热发电、地热发电、温水热发电、来自工业炉或汽车的排热等未经利用的庞大的热能，在这一点上引起了人们的注意。此外，热电发电能够将热能直接转换为电力，不需要可动部，因而被用于以体温工作的手表或偏僻地区用电源、太空用电源等中。在热电发电中，使用能够进行热能与电能的相互转换的热电转换材料并将其成型·加工而成的热电转换元件(热电发电元件)。从热电转换效率的方面出发，作为热电转换材料，目前处于实用化阶段的为无机材料。但是，这些无机材料具有材料本身昂贵，或者含有有害物质、或者加工成热电转换元件的加工工艺复杂等问题。因此，人们正在进行能够比较廉价地制造、成膜等加工也容易的有机热电转换材料的研究。例如，在专利文献1、2中报告了使用碳纳米管的热电转换材料。【现有技术文献】【专利文献】专利文献1：美国专利申请公开第2010/0319750号说明书专利文献2：日本特开2008-305831号公报
技术实现思路
【专利技术所要解决的课题】本专利技术的课题在于提供一种热电转换元件，其具备高导电性、同时具备热电转换所要求的热电动势，显示出优异的热电转换性能；以及提供在该元件中使用的热电转换材料。【解决课题的手段】本专利技术人对于使用有机热电转换材料的热电转换元件进行了深入研究。其结果发现，含有碳纳米管(下文中有时称为CNT。)、区域无规(レジオランダム)型聚噻吩聚合物以及非共轭高分子的组合物具有优异的CNT分散性和成膜性，同时显示出高热电转换性能，作为热电转换材料是有用的。并且，使用该材料而成的热电转换元件具备高导电性、同时具备热电转换所要求的热电动势，显示出优异的热电转换性能。本专利技术是基于这些技术思想而完成的。即，上述课题通过下述手段来达成。<1>一种热电转换元件，其是在热电转换层中使用下述热电转换材料而得到的热电转换元件，所述热电转换材料含有聚噻吩聚合物、碳纳米管以及非共轭高分子，该聚噻吩聚合物具有含有下述通式(1)所表示的重复单元的主链，且侧链R是位置相对于上述主链为无规(区域无规)的序列。【化1】(通式(1)中，R表示碳原子数为1～20的烷基。)<2>如<1>项所述的热电转换元件，其中，上述聚噻吩聚合物中的头尾(headtotail；HT)键接的比例小于95％。<3>如<1>或<2>项所述的热电转换元件，其中，上述通式(1)中，R是碳原子数为4～12的烷基。<4>如<1>～<3>的任一项所述的热电转换元件，其中，上述通式(1)中，R为支链烷基。<5>如<1>～<4>的任一项所述的热电转换元件，其中，上述通式(1)中，R为2-乙基己基。<6>如<1>～<5>的任一项所述的热电转换元件，其中，包含在上述聚噻吩聚合物中的金属杂质的浓度为1000ppm以下，该金属杂质含有选自Fe、Zn以及Ni中的至少一种金属。<7>如<1>～<6>的任一项所述的热电转换元件，其中，在上述热电转换材料的总固体成分中，上述碳纳米管的含量为10质量％～60质量％，且上述聚噻吩聚合物与上述碳纳米管的含有比例以质量基准计为1:4～4:1。<8>如<1>～<7>的任一项所述的热电转换元件，其具备基材以及在该基材上的一对电极，该元件是在该电极间配置上述热电转换层而成的。<9>一种热电转换材料，其含有聚噻吩聚合物、碳纳米管以及非共轭高分子，该聚噻吩聚合物具有含有下述通式(1)所表示的重复单元的主链，且侧链R是位置相对于上述主链为无规(区域无规)的序列。<10>如<9>项所述的热电转换材料，其含有溶剂。【化2】(通式(1)中，R表示碳原子数为1～20的烷基。)本专利技术中，使用“～”表示的数值范围是指包含“～”前后记载的数值作为下限值和上限值的范围。另外，本专利技术中，关于取代基称为xxx基时，该xxx基可以具有任意的取代基。另外，用同一符号表示的基团为两种以上时，相互可以相同也可以不同。【专利技术的效果】本专利技术的热电转换材料和使用其的热电转换元件具备高导电性、同时具备热电转换所要求的热电动势，具有优异的热电转换性能。【附图说明】图1为示意性示出本专利技术的热电转换元件的一例的图。图1中的箭头表示在元件的使用时被赋予的温度差的方向。图2为示意性示出本专利技术的热电转换元件的一例的图。图2中的箭头表示在元件的使用时被赋予的温度差的方向。图3为实施例中制作的热电转换元件的示意图。【具体实施方式】本专利技术的热电转换元件是将含有具有特定结构的聚噻吩聚合物、碳纳米管以及非共轭高分子的热电转换材料用于热电转换层的热电转换元件。首先对本专利技术中使用的热电转换材料及其成分进行说明。[热电转换材料]热电转换材料、热电转换元件的热电转换性能通过下式(A)所表示的性能指数ZT进行测量。由下式(A)可知，对于热电转换性能提高而言，不仅需要提高热电动势和电导率，同时需要降低热传导率。这样，电导率以外的因素会对热电转换性能产生很大的影响，因此即便是通常被认为电导率高的材料，实际上是否可作为热电转换材料有效地发挥功能也是未知数。如后述实施例所验证，本专利技术的热电转换材料能够在不降低热电动势的情况下实现高导电性，具备作为热电转换材料使用足够高的热电转换性能。性能指数ZT＝S2·σ·T/κ(A)S(V/K)：热电动势(塞贝克系数)σ(S/m)：电导率κ(W/mK)：热传导率T(K)：绝对温度[碳纳米管]碳纳米管(CNT)包括一层碳膜(石墨烯片)卷成圆筒状的单层CNT、两层石墨烯片卷成同心圆状的2层CNT以及多层石墨烯片卷成同心圆状的多层CNT。本专利技术中，单层CNT、2层CNT、多层CNT可以各自单独使用，也可以将两种以上合用。特别优选使用在导电性和半导体特性方面具有优异性质的单层CNT和2层CNT，更优选使用单层CNT。单层CNT可以为半导体性的单层CNT，也可以为金属性的单层CNT，还可以将两者合用。另外，CNT可以内含金属等，也可以使用内含富勒烯等分子的CNT。需要说明的是，除了CNT以外，本专利技术的热电转换材料还可以包含碳纳米突、碳纳米线圈、碳纳米珠等纳米碳。CNT能够利用电弧放电法、化学气相沉积法(下文中称为CVD法)、激光烧蚀法等进行制造。本专利技术中使用的CNT可以是利用任一种方法得到的CNT，但优选利用电弧放电法和CVD法得到。在制造CNT时，作为副产物同时生成富勒烯、石墨、无定形碳，并且还残存镍、铁、钴、钇等催化剂金属。为了去除这些杂质，优选进行精制。对CNT的精制方法没有特别限定，利用硝酸、硫酸等的酸处理、超声波处理对于杂质的去除是有效的。从提高纯度的观点来看，也更优选一并利用过滤器进行分离去除。精制后，也可以直接使用所得到的CNT。另外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热电转换元件，其是在热电转换层中使用下述热电转换材料的热电转换元件，所述热电转换材料含有聚噻吩聚合物、碳纳米管以及非共轭高分子，该聚噻吩聚合物具有含有下述通式(1)所表示的重复单元的主链，且侧链R是其位置相对于所述主链为无规的序列，【化1】通式(1)中，R表示碳原子数为1～20的烷基。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.07.11 JP 2012-155983;2013.06.25 JP 2013-132801.一种热电转换元件，其是在热电转换层中使用下述热电转换材料的热电转换元件，所述热电转换材料含有聚噻吩聚合物、碳纳米管以及非共轭高分子，该聚噻吩聚合物具有含有下述通式(1)所表示的重复单元的主链，且侧链R是其位置相对于所述主链为无规的序列，所述聚噻吩聚合物中的头尾键接的比例为80％以下，【化1】通式(1)通式(1)中，R表示碳原子数为1～20的烷基。2.如权利要求1所述的热电转换元件，其中，所述通式(1)中，R是碳原子数为4～12的烷基。3.如权利要求1或2所述的热电转换元件，其中，所述通式(1)中，R为支链烷基。4.如权利要求1或2所述的热电转换元件，其中，所述通式(1)中，R为2-乙基己基。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：高桥依里，
申请(专利权)人：富士胶片株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP