n型导电材料及其制造方法技术

本发明专利技术提供具有优越的热电特性和化学稳定性的ｎ型导电材料。使用ｎ型导电材料，该ｎ型导电材料的特征在于：所述ｎ型导电材料包含内包金属络合物的ｎ型碳纳米管。

N-type conductive materials and their manufacturing methods

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】n型导电材料及其制造方法
本专利技术涉及n型导电材料及其制造方法。
技术介绍
近年来对能量收集的要求逐渐提高。因此，作为从自然可再生能源或排热等得到电力的无CO2的发电技术之一，热电转换材料备受关注。并且，另一方面，为了作为紧急时用、灾害时用或医疗用的电源而进行利用，则需要小型且轻量的热电转换材料。另外，将上述热电转换材料适用于穿戴式设备或便携式设备等时，优选能将热电转换材料沿身体形状紧密贴合，并能利用体温作为热源。作为能应用于如上领域且不依赖稀有原料或毒性原料的材料，含有导电性高分子的有机半导体或碳纳米管等纳米材料备受关注。比如，有机系或碳系的热电转换材料因轻量且来自于碳-碳键的结构的柔韧性，所以成为能携带且柔性的热电转换设备的候补的元件材料。通常来说，上述领域中，优选使用包括显示p型导电性的材料（p型导电材料）和显示n型导电性的材料（n型导电材料）二者的双极型元件。比如，图1是包括n型导电材料和p型导电材料的双极型热电转换设备的一例的概略图。如果是双极型热电转换设备的话，通过将n型导电材料和p型导电材料串联，就能高效发电。热电转换材料的相关技术比如能列举出如下技术。专利文献1公开了含有导电性高分子和热激发辅助剂的热电转换材料。另外，专利文献2公开了含有碳纳米管和共轭聚合物的热电转换材料。另外，非专利文献1记载了利用聚（3,4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT）的导电性膜。非专利文献2记载了利用PEDOT以及聚（苯乙烯磺酸）的复合物（PEDOT：PSS）或内消旋-四（4-羧基苯基）卟啉（TCPP）和碳纳米管的复合材料。这些技术（尤其是非专利文献1和2记载的技术）从其塞贝克系数为正值也能看出是p型导电材料。关于n型导电材料，如非专利文献3所述，由于n型有机系材料或者n型碳系材料或其添加剂在本质上具有的化学键的不稳定性，因此难以获得稳定的n型导电材料是本领域的技术常识。在这种情况下，本专利技术人开发了比如专利文献3所述的技术作为将p型导电材料转换为n型导电材料的技术。现有技术文献专利文献专利文献1:国际公开第2013／047730号（2013年4月4日公开）；专利文献2:国际公开第2013／065631号（2013年5月10日公开）；专利文献3:国际公开第2015／198980号（2015年12月30日公开）。非专利文献非专利文献1:T.Parket.al.，EnergyEnviron.Sci.6，788-792，2013；非专利文献2:G.P.Moriartyetal.,EnergyTechnol.1,265-272,2013；非专利文献3:D.M.deLeeuwetal.,Synth.Met.87,53-59,1997。
技术实现思路
专利技术要解决的技术问题但从实现显示与上述p型导电材料相匹敌的功率（output）的n型导电材料的观点来看，上述现有技术还有进一步改善的余地。具体来说，上述现有技术中，在具体的热电转换设备的设计中要求进一步的高功率化。另外，上述现有技术中，完全没有报告其化学（溶剂环境）稳定性的相关见解。本专利技术鉴于上述问题，目的在于提供一种具有优越的热电特性和化学稳定性的n型导电材料。解决技术问题的技术手段本专利技术人为解决上述技术问题而悉心研究，结果发现通过将金属络合物内包于n型碳纳米管从而能提供具有优越的热电特性和化学稳定性的n型导电材料，并完成了本专利技术。即，本专利技术包含以下〔1〕～〔6〕所述的专利技术。〔1〕一种n型导电材料，其特征在于：所述n型导电材料包含内包金属络合物的n型碳纳米管。〔2〕根据〔1〕所述的n型导电材料，其特征在于：上述金属络合物是金属阳离子和有机配位体配位结合而得的分子。〔3〕根据〔1〕或〔2〕所述的n型导电材料，其特征在于：上述n型碳纳米管的平均内径为0.6nm～1000nm。〔4〕一种n型导电材料的制造方法，其特征在于：所述制造方法包含真空加热工序，在该工序中，在真空条件下于100℃以上加热和金属络合物接触的n型碳纳米管。〔5〕根据〔4〕所述的n型导电材料的制造方法，其特征在于：上述金属络合物是金属阳离子和有机配位体配位结合而得的分子。〔6〕根据〔4〕或〔5〕所述的n型导电材料的制造方法，其特征在于：上述n型碳纳米管的平均内径为0.6nm～1000nm。专利技术效果根据本专利技术的一技术方案可得到如下技术效果，即通过使得n型碳纳米管内包金属络合物能提供具有优越的热电特性和化学稳定性的n型导电材料。附图说明[图1]包括n型导电材料和p型导电材料的双极型热电转换元件的一例的概略图；[图2]（a）是比较例1中碳纳米管的透射电子显微镜图像的示图；（b）是实施例1中碳纳米管的透射电子显微镜图像的示图；（c）和（d）分别是通过元素分析观察实施例1的碳纳米管的内部的碳和钾的有无的结果示图；[图3]（a）～（c）分别是37℃～200℃下的、实施例1和比较例1的导电率的测定值、塞贝克系数的测定值和功率因数的算出值的示图；[图4]（a）～（c）分别是37℃～200℃下的、实施例2和比较例2的导电率的测定值、塞贝克系数的测定值和功率因数的算出值的示图；[图5]伴随乙醇清洗的实施例1和比较例1的37℃下的塞贝克系数变化的示图。具体实施方式以下详细说明本专利技术的实施方式的一例，但本专利技术不限于此。另外，本说明书中如无特别说明，则表示数值范围的“A～B”的意思是“A以上、B以下”。〔1．n型导电材料的性能相关指标〕首先说明n型导电材料的性能相关指标。该指标能列举出功率因数（powerfactor）。功率因数通过以下式（1）求得。PF＝α2σ（1）式（1）中，PF表示功率因数，α表示塞贝克系数，σ表示导电率。n型导电材料中，比如优选功率因数于310K为100μW／mK2以上，更优选200μW／mK2以上，尤其优选400μW／mK2以上。功率因数于310K为100μW／mK2以上的话，是和现有的p型导电材料等同或高于其的值，因此是优选的。为了得到如上高功率的n型导电材料，可以提高塞贝克系数或导电率的任意一者或二者。塞贝克系数是指开路电压和显示塞贝克效应的电路的高温接合点和低温接合点之间的温度差的比（来自“McGraw-Hill科学技术用语大辞典第3版”）。塞贝克系数比如能使用在后述的实施例使用的塞贝克效应测定装置（MMRTechnologies公司制）等进行测定。塞贝克系数的绝对值越大则表示热电动势越大。另外，塞贝克系数可以是用于判别碳纳米管等电子材料的极性的指标。具体来说，比如，可以说塞贝克系数显示出正值的电子材料具有p型导电性。与此相对，可以说塞贝克系数显示出负值的电子材料具有n型导电性。n型导电材料中，优选塞贝克系数为－20μV／K以下，更优选－30μV／K以下，进一步优选－40μV／K以下。不过，使用低温热源等微能源进行发电时，由于随着热电动势的增大导电率也增大，有时需要抑制升压电路中所要求的阻抗。此时，更优选塞贝克系数为－40～－20μV／K。导电率比如能使用电阻率计（三菱化学Analytech公司制、LorestaGP）通过4探针法进行测定。n型导电材料中，优选导电率为1000S／cm以上，更优选1500S／cm以上，进一步优选2000S／cm以上。导电率为1000S／cm以上的话，n型导电材料为高功率，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种n型导电材料，其特征在于：所述n型导电材料包含内包金属络合物的n型碳纳米管。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.10 JP 2017-0236281.一种n型导电材料，其特征在于：所述n型导电材料包含内包金属络合物的n型碳纳米管。2.根据权利要求1所述的n型导电材料，其特征在于：所述金属络合物是金属阳离子和有机配位体配位结合而得的分子。3.根据权利要求1或2所述的n型导电材料，其特征在于：所述n型碳纳米管的平均内径为0.6nm～1000nm...

【专利技术属性】
技术研发人员：野野口斐之，河合壮，饭原友，
申请(专利权)人：国立大学法人奈良先端科学技术大学院大学，拓自达电线株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP