热电转换材料、使用其热电转换元件和热电发电用物品、以及热电转换元件的制造方法技术

本发明专利技术涉及含有碳纳米管的热电转换材料、使用其的热电转换元件和热电发电用物品、热电转换元件的制造方法。通式(1)通式(1)中，R1和R2各自独立地表示碳原子数为1～20的烷基。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热电转换材料、使用其热电转换元件和热电发电用物品、以及热电转换元件的制造方法
本专利技术涉及含有碳纳米管的热电转换材料、使用其的热电转换元件和热电发电用物品。此外，本专利技术涉及热电转换元件的制造方法。
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热电转换性能优异的热电转换材料、使用其的热电转换元件和热电发电用物品、以及热电转换元件的制造方法。【解决课题的手段】本专利技术人对于有机热电转换材料进一步进行了深入研究。其结果发现，含有碳纳米管以及噻吩环的3位与4位均被烷基取代的聚噻吩聚合物的组合物显示出优异的热电转换性能，作为热电转换材料是有用的。该材料具备高导电性、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完成的。即，上述的课题通过下述的热电转换材料、热电转换元件、热电发电用物品以及热电转换元件的制造方法来达成。<1>一种热电转换材料，其含有碳纳米管以及聚噻吩聚合物，该聚噻吩聚合物含有下述通式(1)所表示的重复单元。【化1】通式(1)中，R1和R2各自独立地表示碳原子数为1～20的烷基。<2>如<1>中所述的热电转换材料，其中，通式(1)中，R2是碳原子数为4～12的烷基。<3>如<1>或<2>中所述的热电转换材料，其中，通式(1)中，R1是碳原子数为1～4的烷基。<4>如<1>～<3>的任意一项中所述的热电转换材料，其中，通式(1)中，R2是碳原子数为4～12的支链烷基。<5>如<1>～<4>的任意一项中所述的热电转换材料，其中，通式(1)中，R1是碳原子数为1～3的直链烷基。<6>如<1>～<5>的任意一项中所述的热电转换材料，其中，通式(1)中，R2为2-甲基己基、2-乙基己基、2-甲基辛基或2-乙基辛基。<7>如<1>～<6>的任意一项中所述的热电转换材料，其中，通式(1)中，R2为2-乙基己基。<8>如<1>～<7>的任意一项中所述的热电转换材料，其中，通式(1)中，R1为甲基。<9>如<1>～<8>的任意一项中所述的热电转换材料，其中，在热电转换材料的总固体成分中，含有碳纳米管2质量％～60质量％、含有聚噻吩聚合物20质量％～80质量％。<10>如<1>～<9>的任意一项中所述的热电转换材料，其进一步含有非共轭系高分子。<11>如<1>～<10>的任意一项中所述的热电转换材料，其进一步含有溶剂。<12>一种热电转换元件，其在热电转换层中使用了<1>～<11>的任意一项中所述的热电转换材料。<13>如<12>中所述的热电转换元件，其中，热电转换层是使用喷墨印刷法形成的。<14>如<12>或<13>中所述的热电转换元件，其具备基材以及设置在该基材上的热电转换层。<15>如<12>～<14>的任意一项中所述的热电转换元件，其进一步具有电极。<16>一种热电发电用物品，其使用了<12>～<15>的任意一项中所述的热电转换元件。<17>一种热电转换元件的制造方法，其包括利用喷墨印刷法在基材上印刷<1>～<11>的任意一项中所述的热电转换材料来设置热电转换层的工序。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。该热电转换材料能够适当地用于热电转换元件、热电发电用物品等热电转换用途中。此外，利用本专利技术的制造方法，能够制造具备高热电特性的热电转换元件。【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】[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)：绝对温度本专利技术的热电转换材料含有碳纳米管以及包含后述通式(1)所表示的重复单元的聚噻吩聚合物。下面对本专利技术的热电转换材料的各成分进行说明。[碳纳米管]碳纳米管(下文称为CNT)包括一层碳膜(石墨烯片)缠绕成圆筒状的单层CNT、两层石墨烯片缠绕成同心圆状的2层CNT以及多层石墨烯片缠绕成同心圆状的多层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，还可以将两者本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热电转换材料，其含有碳纳米管以及聚噻吩聚合物，该聚噻吩聚合物含有下述通式(1)所表示的重复单元，通式(1)中，R1和R2各自独立地表示碳原子数为1～20的烷基。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.07.11 JP 2012-155984;2013.06.25 JP 2013-132801.一种热电转换材料，其含有碳纳米管以及聚噻吩聚合物，该聚噻吩聚合物含有下述通式(1)所表示的重复单元，在热电转换材料的总固体成分中，含有2质量％～60质量％的碳纳米管、20质量％～80质量％的聚噻吩聚合物，【化1】通式(1)通式(1)中，R1和R2各自独立地表示碳原子数为1～20的烷基。2.如权利要求1所述的热电转换材料，其中，通式(1)中，R2是碳原子数为4～12的烷基。3.如权利要求1或2所述的热电转换材料，其中，通式(1)中，R1是碳原子数为1～4的烷基。4.如权利要求1所述的热电转换材料，其中，通式(1)中，R2是碳原子数为4～12的支链烷基。5.如权利要求1或4所述的热电转换材料，其中，通式(1)中，R1是碳原子数为1～3的直链烷基。6.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：高桥依里，丸山阳一，
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