JP7635651B2 - Thermoelectric conversion materials and thermoelectric conversion elements - Google Patents
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Description
本発明は、熱電変換材料及び熱電変換素子に関する。 The present invention relates to a thermoelectric conversion material and a thermoelectric conversion element.
熱エネルギーと電気エネルギーを相互に変換できる熱電変換材料は、熱電発電素子やペルチェ素子のような熱電変換素子に用いられている。熱電変換素子は、熱を電力に変換する素子であり、半導体や金属の組合せによって構成される。代表的な熱電変換素子としては、p型半導体単独、n型半導体単独、又はp型半導体とn型半導体との組合せ、に分類される。熱電変換素子では、半導体の両端に温度差が生じるように熱を加えると起電力が生じるゼーベック効果を利用する。より大きな電位差を得るために、熱電変換素子では、一般的に、材料としてp型半導体とn型半導体とを組合せて使用する。 Thermoelectric conversion materials, which can convert between thermal energy and electrical energy, are used in thermoelectric conversion elements such as thermoelectric generators and Peltier elements. Thermoelectric conversion elements are elements that convert heat into electricity and are made up of a combination of semiconductors and metals. Representative thermoelectric conversion elements are classified into p-type semiconductors alone, n-type semiconductors alone, and combinations of p-type and n-type semiconductors. Thermoelectric conversion elements utilize the Seebeck effect, which generates an electromotive force when heat is applied to create a temperature difference between both ends of a semiconductor. To obtain a larger potential difference, thermoelectric conversion elements generally use a combination of p-type and n-type semiconductors as materials.
また、熱電変換素子は、多数の素子を板状、又は円筒状に組合せてなる熱電モジュールとして使用される。熱エネルギーを直接電力に変換することが出来、例えば、体温で作動する腕時計、地上用発電及び人工衛星用発電における電源として利用できる。熱電変換素子の性能は、熱電変換材料の性能、及びモジュールの耐久性等に依存する。 Thermoelectric conversion elements are also used as thermoelectric modules, which are made by combining a large number of elements into a plate or cylinder shape. Thermal energy can be directly converted into electricity, and they can be used, for example, as a power source for wristwatches that operate with body heat, and for terrestrial and satellite power generation. The performance of a thermoelectric conversion element depends on the performance of the thermoelectric conversion material and the durability of the module, etc.
非特許文献1に記載されているとおり、熱電変換材料の性能を表す指標として、無次元熱電性能指数(ZT)が用いられる。また、熱電変換材料の性能を表す指標として、パワーファクターPF(=S2・σ)を用いる場合もある。
上記無次元熱電性能指数「ZT」は、下式(1)により表される。
ZT=(S2・σ・T)/κ ・・・式(1)
ここで、Sはゼーベック係数(V/K)、σは導電率(S・m)、Tは絶対温度(K)、及びκは熱伝導率(W/(m・K))である。熱伝導率κは下式(2)で表される。
κ=α・ρ・C ・・・式(2)
ここで、αは熱拡散率(m2/s)、ρは密度(kg/m3)、及びCは比熱容量(J/(kg・K))である。
つまり、熱電変換の性能(以下、熱電特性とも称す)を向上させるには、ゼーベック係数又は導電率を向上させ、その一方で熱伝導率を低下させることが重要である。
As described in Non-Patent Document 1, a dimensionless thermoelectric figure of merit (ZT) is used as an index representing the performance of a thermoelectric conversion material. In addition, a power factor PF (= S2 ·σ) is sometimes used as an index representing the performance of a thermoelectric conversion material.
The dimensionless thermoelectric figure of merit "ZT" is expressed by the following formula (1).
ZT=( S2・σ・T)/κ...Formula (1)
Here, S is the Seebeck coefficient (V/K), σ is the electrical conductivity (S·m), T is the absolute temperature (K), and κ is the thermal conductivity (W/(m·K)). The thermal conductivity κ is expressed by the following formula (2).
κ=α・ρ・C...Formula (2)
Here, α is the thermal diffusivity (m 2 /s), ρ is the density (kg/m 3 ), and C is the specific heat capacity (J/(kg·K)).
That is, in order to improve the thermoelectric conversion performance (hereinafter also referred to as thermoelectric properties), it is important to increase the Seebeck coefficient or electrical conductivity while decreasing the thermal conductivity.
代表的な熱電変換材料として、例えば、常温から500Kまではビスマス・テルル系(Bi-Te系)、常温から800Kまでは鉛・テルル系(Pb-Te系)、及び常温から1000Kまではシリコン・ゲルマニウム系(Si-Ge系)等の無機材料が使用されている。 Typical thermoelectric conversion materials include inorganic materials such as bismuth-tellurium (Bi-Te) for temperatures from room temperature to 500 K, lead-tellurium (Pb-Te) for temperatures from room temperature to 800 K, and silicon-germanium (Si-Ge) for temperatures from room temperature to 1000 K.
しかし、これらの無機材料を含む熱電変換材料は、しばしば希少元素を含み高コストであるか、又は有害物質を含む場合がある。また、無機材料は加工性に乏しいため、製造工程が複雑となる。そのため、無機材料を含む熱電変換材料については、製造エネルギー及び製造コストが高くなり、汎用化が困難である。さらに、無機材料は剛直であるため、平面ではない形状にも設置可能な、フルキシブル性を有する熱電変換素子を形成することは困難である。 However, thermoelectric conversion materials containing these inorganic materials often contain rare elements and are expensive, or may contain harmful substances. In addition, inorganic materials are difficult to process, making the manufacturing process complicated. As a result, the manufacturing energy and manufacturing costs of thermoelectric conversion materials containing inorganic materials are high, making them difficult to generalize. Furthermore, because inorganic materials are rigid, it is difficult to form flexible thermoelectric conversion elements that can be installed on shapes that are not flat.
これに対して、従来の無機材料に代えて、有機材料を用いた熱電変換素子に関する検討が進められている。有機材料は、優れた成形性を有し、かつ無機材料よりも優れた可撓性を有するため、それ自身が分解しない温度範囲での汎用性が高い。また、印刷技術等を容易に活用できるため、製造エネルギーや製造コストの面でも無機材料より有利である。 In response to this, research is underway into thermoelectric conversion elements that use organic materials instead of conventional inorganic materials. Organic materials have excellent moldability and are more flexible than inorganic materials, making them highly versatile within the temperature range in which they do not decompose. In addition, they are more advantageous than inorganic materials in terms of manufacturing energy and costs, as they can be easily produced using printing techniques and other methods.
例えば、特許文献1では、有機色素骨格を高分子分散剤に結合させ、カーボンナノチューブ(CNT)と共に含有させることで、CNT分散性が良く塗布方法に適し、且つ優れた熱起電力を示す熱電材料が記載されている。また、特許文献2には、ポルフィリン骨格とアルキル基を含む置換基とが結合した、高いゼーベック係数を示す熱電変換材料が記載されている。しかしながら、特許文献1の発明では、高分子分散剤のポリマー鎖がCNTとの相互作用を阻害し十分な性能が得られてはいなかった。また、特許文献2の発明では、導電率が10-8~10-7S/cmと低く、熱電素子として実用的な値を得ることはできていない。 For example, Patent Document 1 describes a thermoelectric material in which an organic dye skeleton is bonded to a polymer dispersant and contained together with carbon nanotubes (CNTs), and thereby the material has good CNT dispersibility, is suitable for coating methods, and exhibits excellent thermoelectric power. Patent Document 2 describes a thermoelectric conversion material in which a porphyrin skeleton is bonded to a substituent containing an alkyl group, and exhibits a high Seebeck coefficient. However, in the invention of Patent Document 1, the polymer chain of the polymer dispersant inhibits the interaction with the CNTs, and sufficient performance is not obtained. In addition, in the invention of Patent Document 2, the electrical conductivity is low at 10 -8 to 10 -7 S/cm, and a practical value for a thermoelectric element cannot be obtained.
本発明が解決しようとする課題は、良好なゼーベック係数と導電性との両立を達成し、高いパワーファクターを示す熱電変換材料を提供することである。また、優れた熱電性能を発揮する熱電変換素子を提供することである。 The problem that the present invention aims to solve is to provide a thermoelectric conversion material that achieves both a good Seebeck coefficient and electrical conductivity and exhibits a high power factor. It is also to provide a thermoelectric conversion element that exhibits excellent thermoelectric performance.
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明に至った。
すなわち、本発明は、導電性材料Aと有機半導体Bとを含有し、有機半導体Bが、下記一般式(1)で表されることを特徴とする熱電変換材料に関する。
The present inventors have conducted extensive research to solve the above problems and have arrived at the present invention.
That is, the present invention relates to a thermoelectric conversion material comprising a conductive material A and an organic semiconductor B, the organic semiconductor B being represented by the following general formula (1):
[一般式(1)中、m及びnは、それぞれ独立に、1~12の整数を表す。R1、R2、R3、R4、R5及びR6は、それぞれ独立に、アルキル基を表すが、R1、R2及びR3の内いずれか二つ以上並びにR4、R5及びR6の内いずれか二つ以上は、直接又は酸素原子を介して互いに結合して環を形成しても良い。X-は、アニオンを表す。Y1及びY2は、それぞれ独立に、酸素原子、オキシアルキレン基、-COO-及び-CONH-並びにこれらが結合した二価の連結基を表す。] [In general formula (1), m and n each independently represent an integer of 1 to 12. R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 each independently represent an alkyl group, and any two or more of R 1 , R 2 and R 3 and any two or more of R 4 , R 5 and R 6 may be bonded to each other directly or via an oxygen atom to form a ring. X − represents an anion. Y 1 and Y 2 each independently represent an oxygen atom, an oxyalkylene group, —COO—, —CONH—, or a divalent linking group to which these are bonded.]
また、本発明は、有機半導体Bの含有率が、導電性材料Aの全量に対して10~100質量%であることを特徴とする上記熱電変換材料に関する。 The present invention also relates to the above thermoelectric conversion material, characterized in that the content of organic semiconductor B is 10 to 100 mass % relative to the total amount of conductive material A.
また、本発明は、m及びnが、それぞれ独立に、1~7の整数であることを特徴とする上記熱電変換材料に関する。 The present invention also relates to the above thermoelectric conversion material, characterized in that m and n are each independently an integer from 1 to 7.
また、本発明は、X-が、ハロゲン化物イオンであることを特徴とする上記熱電変換材料に関する。 The present invention also relates to the above thermoelectric conversion material, wherein X − is a halide ion.
また、本発明は、上記熱電変換材料からなる熱電変換膜と、電極とを有し、熱電変換膜及び電極が互いに電気的に接続されている熱電変換素子に関する。 The present invention also relates to a thermoelectric conversion element having a thermoelectric conversion film made of the above-mentioned thermoelectric conversion material and electrodes, in which the thermoelectric conversion film and the electrodes are electrically connected to each other.
本発明により、良好なゼーベック係数と導電性との両立を達成する熱電変換材料を提供することができる。また、優れた熱電性能を発揮する熱電変換素子を提供することができる。 The present invention can provide a thermoelectric conversion material that achieves both a good Seebeck coefficient and good electrical conductivity. It can also provide a thermoelectric conversion element that exhibits excellent thermoelectric performance.
<熱電変換材料>
本発明の熱電変換材料は、導電性材料Aと特定の構造を有する有機半導体Bとを含有することを特徴とする。以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
<Thermoelectric conversion materials>
The thermoelectric conversion material of the present invention is characterized by containing a conductive material A and an organic semiconductor B having a specific structure. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail.
<導電性材料A>
導電性材料Aは、導電性向上に寄与するものである。
導電性材料Aは、導電性を持つ炭素材料、金属材料、導電性高分子等が挙げられる。例えば、炭素材料としては、黒鉛、カーボンナノチューブ、ケッチェンブラック、グラフェンナノプレート、グラフェン等が挙げられる。金属材料としては、金、銀、銅、ニッケル、クロム、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、インジウム、ケイ素、アルミニウム、タングステン、モリブデン、ゲルマニウム、ガリウム及び白金等の金属粉、並びに ZnSe、CdS、InP、GaN、SiC、SiGeこれらの合金、並びにこれらの複合粉が挙げられる。また、核体と、前記核体物質とは異なる物質で被覆された微粒子、具体的には、例えば、銅を核体とし、その表面を銀で被覆した銀コート銅粉等が挙げられる。また、例えば酸化銀、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化ルテニウム、ITO(スズドープ酸化インジウム)、AZO(アルミドープ酸化亜鉛)、及びGZO(ガリウムドープ酸化亜鉛)等の金属酸化物の粉末、並びにこれらの金属酸化物で表面被覆した粉末等が挙げられる。導電性高分子としては、PEDOT/PSS(ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)とポリスチレンスルホン酸(PSS)から成る複合物)、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリパラフェニレン等が挙げられる。使用する導電性材料Aの種類は1種でもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
<Conductive Material A>
The conductive material A contributes to improving the conductivity.
The conductive material A may be a conductive carbon material, a metal material, a conductive polymer, etc. For example, the carbon material may be graphite, a carbon nanotube, Ketjen black, a graphene nanoplate, graphene, etc. For example, the carbon material may be graphite, a carbon nanotube, Ketjen black, a graphene nanoplate, graphene, etc. For example, the metal material may be gold, silver, copper, nickel, chromium, palladium, rhodium, ruthenium, indium, silicon, aluminum, tungsten, molybdenum, germanium, gallium, platinum, etc., metal powder, ZnSe, CdS, InP, GaN, SiC, SiGe, their alloys, and composite powders thereof. In addition, a core and a fine particle coated with a material different from the core material, specifically, for example, a silver-coated copper powder in which the core material is copper and the surface is coated with silver, may be mentioned. Other examples include powders of metal oxides such as silver oxide, indium oxide, tin oxide, zinc oxide, ruthenium oxide, ITO (tin-doped indium oxide), AZO (aluminum-doped zinc oxide), and GZO (gallium-doped zinc oxide), as well as powders surface-coated with these metal oxides. Examples of conductive polymers include PEDOT/PSS (a composite of poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) and polystyrene sulfonic acid (PSS)), polyaniline, polyacetylene, polypyrrole, polythiophene, and polyparaphenylene. The type of conductive material A used may be one type, or two or more types may be used in combination.
導電性材料Aの形状は特に限定されず、不定形、凝集状、鱗片状、微結晶状、球状、フレーク状、ワイヤー状等を適宜用いることができる。 The shape of the conductive material A is not particularly limited, and amorphous, aggregated, scaly, microcrystalline, spherical, flake, wire, etc. can be used as appropriate.
ゼーベック係数と導電率との両立の観点で、カーボンナノチューブ、ケッチェンブラック、グラフェンナノプレート及びグラフェンからなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましく、より好ましくはカーボンナノチューブであり、特に好ましくは単層カーボンナノチューブである。 From the viewpoint of achieving both a high Seebeck coefficient and high electrical conductivity, at least one selected from the group consisting of carbon nanotubes, Ketjen black, graphene nanoplates, and graphene is preferred, more preferably carbon nanotubes, and particularly preferably single-walled carbon nanotubes.
導電性材料Aとしては、例えば、薄片状黒鉛として、日本黒鉛工業社製のCMX、UP-5、UP-10、UP-20、UP-35N、CSSP、CSPE、CSP、CP、CB-150、CB-100、ACP、ACP-1000、ACB-50、ACB-100、ACB-150、SP-10、SP-20、J-SP、SP-270、HOP、GR-60、LEP、F#1、F#2、F#3、中越黒鉛工業所社製のBF-3AK、FBF、BF-15AK、CBR、CPB-6S、CPB-3、96L、96L-3、K-3、SC-120、SC-60、HLP、CP-150、SB-1、伊藤黒鉛工業社製のEC1500、EC1000、EC500、EC300、EC100、EC50、西村黒鉛社製の10099M、PB-99等が挙げられる。球状天然黒鉛としては、日本黒鉛工業社製のCGC-20、CGC-50、CGB-20、CGB-50が挙げられる。土状黒鉛としては、日本黒鉛工業社製の青P、AP、AOP、P#1、中越黒鉛社製のAPR、K-5、AP-2000、AP-6、300F、150Fが挙げられる。人造黒鉛としては、日本黒鉛工業社製のPAG-60、PAG-80、PAG-120、PAG-5、HAG-10W、HAG-150、中越黒鉛社製のG-4AK、G-6S、G-3G-150、G-30、G-80、G-50、SMF、EMF、SFF、SFF-80B、SS-100、BSP-15AK、BSP-100AK、WF-15C、SECカーボン社製のSGP-100、SGP-50、SGP-25、SGP-15、SGP-5、SGP-1、SGO-100、SGO-50、SGO-25、SGO-15、SGO-5、SGO-1、SGX-100、SGX-50、SGX-25、SGX-15、SGX-5、SGX-1が挙げられる。市販のカーボンブラックとしては、例えば、東海カーボン社製のトーカブラック#4300、#4400、#4500、#5500、デグサ社製のプリンテックスL、コロンビヤン社製のRaven7000、5750、5250、5000ULTRAIII、5000ULTRA、Conductex SC ULTRA、Conductex 975 ULTRA、PUERBLACK100、115、205、三菱化学社製の#2350、#2400B、#2600B、#3050B、#3030B、#3230B、#3350B、#3400B、#5400B、キャボット社製のMONARCH1400、1300、900、VulcanXC-72R、BlackPearls2000、TIMCAL社製のEnsaco250G、Ensaco260G、Ensaco350G、SuperP-Li等のファーネスブラック)、ライオン社製のEC-300J、EC-600JD等のケッチェンブラック、電気化学工業社製のデンカブラック、デンカブラックHS-100、FX-35等のアセチレンブラックが挙げられる。市販の導電性炭素繊維やカーボンナノチューブとしては、昭和電工社製のVGCF等の気相法炭素繊維、名城ナノカーボン社製のEC1.5,EC1.5-P、楠本化成社製のTUBALL、ゼオンナノテクノロジー社製のZEONANO等の単層カーボンナノチューブ、CNano社製のFloTube9000、FloTube7000、FloTube2000、Nanocyl社製のNC7000、Knano社製の100T、200Pが挙げられる。これらは特に限定されず、単独、又は2種以上を混合して使用することができる。 Examples of conductive material A include flake graphite, such as CMX, UP-5, UP-10, UP-20, UP-35N, CSSP, CSPE, CSP, CP, CB-150, CB-100, ACP, ACP-1000, ACB-50, ACB-100, ACB-150, SP-10, SP-20, J-SP, SP-270, HOP, GR-60, LEP, F#1, manufactured by Nippon Graphite Industries Co., Ltd. Examples of the graphite include F#2, F#3, BF-3AK, FBF, BF-15AK, CBR, CPB-6S, CPB-3, 96L, 96L-3, K-3, SC-120, SC-60, HLP, CP-150, and SB-1 manufactured by Chuetsu Graphite Co., Ltd., EC1500, EC1000, EC500, EC300, EC100, and EC50 manufactured by Ito Graphite Co., Ltd., and 10099M and PB-99 manufactured by Nishimura Graphite Co., Ltd. Examples of spherical natural graphite include CGC-20, CGC-50, CGB-20, and CGB-50 manufactured by Nippon Graphite Co., Ltd. Examples of amorphous graphite include Blue P, AP, AOP, and P#1 manufactured by Nippon Graphite Industries Co., Ltd., and APR, K-5, AP-2000, AP-6, 300F, and 150F manufactured by Chuetsu Graphite Co., Ltd. Examples of artificial graphite include PAG-60, PAG-80, PAG-120, PAG-5, HAG-10W, and HAG-150 manufactured by Nippon Graphite Industries Co., Ltd., and G-4AK, G-6S, G-3G-150, G-30, G-80, G-50, SMF, EMF, SFF, SFF-80B, SS-100, BSP-15AK, and BSP-100A manufactured by Chuetsu Graphite Co., Ltd. Examples of the polymers include SGP-100, SGP-50, SGP-25, SGP-15, SGP-5, SGP-1, SGO-100, SGO-50, SGO-25, SGO-15, SGO-5, SGO-1, SGX-100, SGX-50, SGX-25, SGX-15, SGX-5, and SGX-1 manufactured by SEC Carbon Co., Ltd. Examples of commercially available carbon black include Tokablack #4300, #4400, #4500, and #5500 manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd., Printex L manufactured by Degussa Corporation, and Raven 7000, 5750, 5250, 5000ULTRAIII, 5000ULTRA, Conductex SC ULTRA, and Conductex 975 manufactured by Colombian Corporation. ULTRA, PUERBLACK 100, 115, 205, Mitsubishi Chemical Corporation's #2350, #2400B, #2600B, #3050B, #3030B, #3230B, #3350B, #3400B, #5400B, Cabot Corporation's MONARCH 1400, 1300, 900, Vulcan XC-72R, BlackPearls 2000 and furnace blacks such as Ensaco 250G, Ensaco 260G, Ensaco 350G, and Super P-Li manufactured by TIMCAL Corporation; ketjen blacks such as EC-300J and EC-600JD manufactured by Lion Corporation; and acetylene blacks such as Denka Black, Denka Black HS-100, and FX-35 manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd. Commercially available conductive carbon fibers and carbon nanotubes include vapor grown carbon fibers such as VGCF manufactured by Showa Denko K.K., single-walled carbon nanotubes such as EC1.5 and EC1.5-P manufactured by Meijo Nano Carbon Co., Ltd., TUBALL manufactured by Kusumoto Chemicals Co., Ltd., and ZEONANO manufactured by Zeon Nano Technology Co., Ltd., FloTube 9000, FloTube 7000, and FloTube 2000 manufactured by CNano Corporation, NC7000 manufactured by Nanocyl Corporation, and 100T and 200P manufactured by Knano Corporation. These are not particularly limited, and can be used alone or in a mixture of two or more types.
<有機半導体B>
有機半導体Bは、一般式(1)で表される構造を有する。 一般式(1)中のフェニルチアゾロチアゾール骨格部分は、導電性材料Aの表面に吸着することで、熱電変換性能を向上させると考えられる。また、一般式(1)中の四級アンモニウムカチオン部分は、熱電変換材料中で、導電性材料Aの静電反発に寄与し、分散安定性の向上や、導電率の向上に寄与すると考えられる。
<Organic Semiconductor B>
The organic semiconductor B has a structure represented by general formula (1). It is believed that the phenylthiazolothiazole skeleton portion in general formula (1) improves the thermoelectric conversion performance by adsorbing to the surface of the conductive material A. In addition, it is believed that the quaternary ammonium cation portion in general formula (1) contributes to the electrostatic repulsion of the conductive material A in the thermoelectric conversion material, and contributes to the improvement of the dispersion stability and the improvement of the electrical conductivity.
有機半導体Bは、熱電変換材料中でゼーベック係数の向上に寄与する。ゼーベック係数と導電率との両立の観点から、有機半導体Bの含有量は、導電性材料Aの全量に対して400質量%以下が好ましく、より好ましくは200質量%以下であり、更に好ましくは120質量%以下であり、特に好ましくは100質量%以下である。また、好ましくは3質量%以上であり、より好ましくは5質量%以上であり、更に好ましくは10質量%以上である。 The organic semiconductor B contributes to improving the Seebeck coefficient in the thermoelectric conversion material. From the viewpoint of achieving both the Seebeck coefficient and the electrical conductivity, the content of the organic semiconductor B is preferably 400% by mass or less, more preferably 200% by mass or less, even more preferably 120% by mass or less, and particularly preferably 100% by mass or less, based on the total amount of the conductive material A. It is also preferably 3% by mass or more, more preferably 5% by mass or more, and even more preferably 10% by mass or more.
また、導電性材料Aに対する表面吸着及び均一化を促進し、さらに分子割合を増加させるために、有機半導体Bの分子量は、小さいほうが好ましく、好ましくは2,000以下であり、更に好ましくは1,000以下である。 In addition, in order to promote surface adsorption and uniformity to the conductive material A and to further increase the molecular ratio, it is preferable that the molecular weight of the organic semiconductor B is small, preferably 2,000 or less, and more preferably 1,000 or less.
ここで、一般式(1)中の部分構造について説明する。
連結基であるY1及びY2は、酸素原子、オキシアルキレン基、-COO-及び-CONH-並びにこれらが結合した二価の連結基を表す。これらの連結基中で、酸素原子及び-COO-が、導電性材料の分散液安定性や導電率向上の観点から好ましい。
Here, the partial structure in the general formula (1) will be described.
The linking groups Y1 and Y2 represent an oxygen atom, an oxyalkylene group, -COO-, -CONH-, or a divalent linking group formed by bonding these groups. Among these linking groups, an oxygen atom and -COO- are preferred from the viewpoint of improving the dispersion stability and conductivity of the conductive material.
有機半導体Bは上記連結基と四級アンモニウムカチオン部分とが炭素数1~12の直鎖アルキレン基で結合されている。アルキレン基の鎖長を表すm及びnは、1~12であり、1~7であることが熱電性能向上の観点から好ましい。 In the organic semiconductor B, the linking group and the quaternary ammonium cation moiety are bonded via a linear alkylene group having 1 to 12 carbon atoms. m and n, which represent the chain length of the alkylene group, are 1 to 12, and preferably 1 to 7 from the viewpoint of improving thermoelectric performance.
有機半導体Bは、分子内に存在する四級アンモニウムの対イオンとしてアニオンを有する。アニオンは特に限定はされず、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン等のハロゲン化物イオン、水酸化物イオン、ギ酸イオン、酢酸イオン、プロピオン酸イオン等のカルボキリレートアニオン、炭酸イオン、硫酸イオン、硝酸イオン、塩素酸イオン、テトラフルオロホウ酸イオン、テトラキスペンタフルオロフェニルホウ酸イオン等が挙げられる。これらアニオンの内、ハロゲン化物イオンが、導電性材料Aの分散安定性や導電率向上の観点から好ましい。 Organic semiconductor B has an anion as a counter ion of the quaternary ammonium present in the molecule. The anion is not particularly limited, and examples thereof include halide ions such as fluoride ions, chloride ions, bromide ions, and iodide ions, carboxylate anions such as hydroxide ions, formate ions, acetate ions, and propionate ions, carbonate ions, sulfate ions, nitrate ions, chlorate ions, tetrafluoroborate ions, and tetrakispentafluorophenylborate ions. Of these anions, halide ions are preferred from the viewpoint of improving the dispersion stability and conductivity of conductive material A.
四級アンモニウム上のR1、R2、R3、R4、R5、及びR6は、それぞれ独立にアルキル基を表すが、R1、R2及びR3の内いずれか二つ以上並びにR4、R5及びR6の内いずれか二つ以上は、直接又は酸素原子を介して互いに結合して環を形成しても良い。アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等の炭素数1~4のアルキル基であることが導電性向上、熱電変換物性向上の観点から好ましい。 R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , and R 6 on the quaternary ammonium each independently represent an alkyl group, but any two or more of R 1 , R 2 , and R 3 and any two or more of R 4 , R 5 , and R 6 may be bonded to each other directly or via an oxygen atom to form a ring. As the alkyl group, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, or a butyl group, is preferred from the viewpoint of improving electrical conductivity and thermoelectric conversion properties.
<その他成分>
本発明の熱電変換材料は、その特性を向上させる観点から、必要に応じて、その他成分を含んでよい。例えば、以下に例示するその他成分を含有することによって、塗工性、導電性及び熱電特性のさらなる向上が可能となる。
<Other ingredients>
The thermoelectric conversion material of the present invention may contain other components as necessary from the viewpoint of improving its properties. For example, by containing the other components exemplified below, it is possible to further improve the coatability, electrical conductivity, and thermoelectric properties.
(有機半導体B以外の有機半導体)
本発明の熱電変換材料は、有機半導体B以外の有機半導体を有しても良い。有機半導体B以外の有機半導体としては、特に限定はされないが、例えば、有機半導体B以外のフェニルチアゾロチアゾールやその誘導体、ペリレンやその誘導体、ジケトピロロピロールやその誘導体、アゾ色素やその誘導体等が挙げられる。
(Organic semiconductors other than organic semiconductor B)
The thermoelectric conversion material of the present invention may have an organic semiconductor other than the organic semiconductor B. The organic semiconductor other than the organic semiconductor B is not particularly limited, and examples thereof include phenylthiazolothiazole other than the organic semiconductor B and derivatives thereof, perylene and derivatives thereof, diketopyrrolopyrrole and derivatives thereof, and azo dyes and derivatives thereof.
(溶剤)
溶剤は、導電性材料Aと有機半導体Bを均一に混合するための溶媒又は分散媒として使用され、インキ化による塗工性向上が可能とする。使用できる溶剤としては、導電性材料Aと有機半導体Bとを溶解又は分散できれば、特に限定されず、有機溶剤や水を挙げることができ、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
有機溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、エチレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエーテル、ターピネオール、ジヒドロターピネオール、2,4-ジエチル-1,5-ペンタンジオール、1、3-ブチレングリコール、イソボルニルシクロヘキサノール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類、ヘキサン、ヘプタン、オクタン等の脂肪族炭化水素類、ベンゼン、トルエン、キシレン、クメン等の芳香族炭化水素類、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、N-メチルピロリドン等から、必要に応じて適宜選択することができる。溶剤としては、N-メチルピロリドンが特に好ましい。
(solvent)
The solvent is used as a solvent or dispersion medium for uniformly mixing the conductive material A and the organic semiconductor B, and enables improvement of the coatability by forming an ink. The solvent that can be used is not particularly limited as long as it can dissolve or disperse the conductive material A and the organic semiconductor B, and examples of the solvent that can be used include organic solvents and water, and two or more of them may be used in combination.
The organic solvent may be appropriately selected as necessary from, for example, alcohols such as methanol, ethanol, propanol, butanol, ethylene glycol methyl ether, diethylene glycol methyl ether, terpineol, dihydroterpineol, 2,4-diethyl-1,5-pentanediol, 1,3-butylene glycol, and isobornylcyclohexanol, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, and cyclohexanone, ethers such as tetrahydrofuran, dioxane, ethylene glycol dimethyl ether, and diethylene glycol dimethyl ether, aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane, and octane, aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, and cumene, esters such as ethyl acetate and butyl acetate, and N-methylpyrrolidone, etc. As the solvent, N-methylpyrrolidone is particularly preferred.
(助剤)
使用可能な助剤は、特に限定されず、例えば、ラクタム類、アルコール類、アミノアルコール類、カルボン酸類、酸無水物類、及びイオン性液体が挙げられる。具体例は以下のとおりである。
ラクタム類:ピロリドン、カプロラクタム、N-メチルカプロラクタム、及びN-オクチルピロリドン等。
アルコール類:ショ糖、グルコース、フルクトース、ラクトース、ソルビトール、マンニトール、キシリトール、グリセリン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、トリフルオロエタノール、m-クレゾール、及びチオジグリコール等。
アミノアルコール類:ジエタノールアミン、及びトリエタノールアミン等。
カルボン酸類:2-フランカルボン酸、3-フランカルボン酸、ジクロロ酢酸、及びトリフルオロ酢酸等。
酸無水物類:無水酢酸、無水プロピオン酸、無水アクリル酸、無水メタクリル酸、無水安息香酸、無水コハク酸、無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水グルタル酸、無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸(別名:シクロヘキサン-1,2-ジカルボン酸無水物)、無水トリメリット酸、ヘキサヒドロ無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、無水ハイミック酸、ビフェニルテトラカルボン酸無水物、1,2,3,4-ブタンテトラカルボン酸無水物、ナフタレンテトラカルボン酸無水物、及び9,9-フルオレニリデンビス無水フタル酸等。
スチレン-無水マレイン酸コポリマー、エチレン-無水マレイン酸コポリマー、イソブチレン-無水マレイン酸コポリマー、アルキルビニルエーテル-無水マレイン酸コポリマー等の、無水マレイン酸と他のビニルモノマーとを共重合したコポリマー等。
(Auxiliary Agent)
Usable auxiliary agents are not particularly limited, and examples thereof include lactams, alcohols, aminoalcohols, carboxylic acids, acid anhydrides, and ionic liquids. Specific examples are as follows.
Lactams: pyrrolidone, caprolactam, N-methylcaprolactam, N-octylpyrrolidone, and the like.
Alcohols: sucrose, glucose, fructose, lactose, sorbitol, mannitol, xylitol, glycerin, polyethylene glycol, polypropylene glycol, trifluoroethanol, m-cresol, thiodiglycol, and the like.
Amino alcohols: diethanolamine, triethanolamine, and the like.
Carboxylic acids: 2-furancarboxylic acid, 3-furancarboxylic acid, dichloroacetic acid, trifluoroacetic acid, and the like.
Acid anhydrides: acetic anhydride, propionic anhydride, acrylic anhydride, methacrylic anhydride, benzoic anhydride, succinic anhydride, maleic anhydride, itaconic anhydride, glutaric anhydride, phthalic anhydride, tetrahydrophthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride (also known as cyclohexane-1,2-dicarboxylic anhydride), trimellitic anhydride, hexahydrotrimellitic anhydride, pyromellitic anhydride, himic anhydride, biphenyltetracarboxylic anhydride, 1,2,3,4-butanetetracarboxylic anhydride, naphthalenetetracarboxylic anhydride, 9,9-fluorenylidenebisphthalic anhydride, and the like.
Copolymers of maleic anhydride and other vinyl monomers, such as styrene-maleic anhydride copolymer, ethylene-maleic anhydride copolymer, isobutylene-maleic anhydride copolymer, and alkyl vinyl ether-maleic anhydride copolymer.
導電性及び熱電特性の観点から、助剤として、ラクタム類及びアルコール類の少なくとも一方を使用することが好ましい。助剤の含有量は、熱電変換材料の全質量を基準として、0.1~30質量%の範囲が好ましく、1~10質量%の範囲がより好ましく、1~5質量%の範囲がさらに好ましい。助剤の含有量を0.1質量%以上にすることで、導電性及び熱電特性の向上効果を容易に得ることができる。また、助剤の含有量を50質量%以下にした場合、膜物性の低下を抑制することができる。 From the viewpoint of electrical conductivity and thermoelectric properties, it is preferable to use at least one of lactams and alcohols as the auxiliary. The content of the auxiliary is preferably in the range of 0.1 to 30 mass% based on the total mass of the thermoelectric conversion material, more preferably in the range of 1 to 10 mass%, and even more preferably in the range of 1 to 5 mass%. By making the content of the auxiliary 0.1 mass% or more, it is possible to easily obtain the effect of improving electrical conductivity and thermoelectric properties. Furthermore, when the content of the auxiliary is 50 mass% or less, it is possible to suppress the deterioration of the film properties.
(樹脂)
本発明の熱電変換材料は、成膜性や膜強度の調整等を目的として、導電性及び熱電特性に影響しない範囲で、樹脂を含んでもよい。樹脂は、熱電変換材料の各成分と相溶又は均一に分散できるものが好ましい。熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂のいずれを用いても良い。使用可能な樹脂の具体例として、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、フッ素樹脂、ビニル樹脂、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、アラミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリウレア樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ポリエーテル樹脂、アクリル樹脂、アクリルアミド樹脂、及びこれらの共重合樹脂等が挙げられる。特に限定するものではないが、一実施形態において、ポリウレタン樹脂、ポリエーテル樹脂、アクリル樹脂、及びアクリルアミド樹脂からなる群から選択される少なくとも1種を使用することが好ましい。
(resin)
The thermoelectric conversion material of the present invention may contain a resin to the extent that it does not affect the electrical conductivity and thermoelectric properties, for the purpose of adjusting the film formability and film strength. The resin is preferably one that can be compatible with or uniformly dispersed in each component of the thermoelectric conversion material. Either a thermosetting resin or a thermoplastic resin may be used. Specific examples of resins that can be used include polyester resins, polyimide resins, polyamide resins, fluororesins, vinyl resins, epoxy resins, xylene resins, aramid resins, polyurethane resins, polyurea resins, melamine resins, phenolic resins, polyether resins, acrylic resins, acrylamide resins, and copolymer resins thereof. Although not particularly limited, in one embodiment, it is preferable to use at least one selected from the group consisting of polyurethane resins, polyether resins, acrylic resins, and acrylamide resins.
<熱電変換素子>
本発明の熱電変換素子は、上記熱電変換材料を用いて構成されることを特徴とする。一実施形態において、熱電変換素子は、上記熱電変換材料を用いて形成された熱電変換膜と、電極とを有し、上記熱電変換膜及び上記電極は互いに電気的に接続されている。熱電変換膜は、導電性及び熱電特性に加えて、耐熱性及び可撓性の点でも優れる。そのため、本実施形態によれば、高品質な熱電変換素子を容易に実現することができる。
<Thermoelectric conversion element>
The thermoelectric conversion element of the present invention is characterized in that it is constructed using the above-mentioned thermoelectric conversion material. In one embodiment, the thermoelectric conversion element has a thermoelectric conversion film formed using the above-mentioned thermoelectric conversion material and electrodes, and the thermoelectric conversion film and the electrodes are electrically connected to each other. The thermoelectric conversion film is excellent in heat resistance and flexibility in addition to electrical conductivity and thermoelectric properties. Therefore, according to this embodiment, a high-quality thermoelectric conversion element can be easily realized.
熱電変換膜は、基材上に熱電変換材料を塗布して得られる膜であってよい。熱電変換材料は優れた成形性を有するため、塗布法によって良好な膜を得ることが容易である。熱電変換膜の形成には、主に湿式製膜法が用いられる。具体的には、スピンコート法、スプレー法、ローラーコート法、グラビアコート法、ダイコート法、コンマコート法、ロールコート法、カーテンコート法、バーコート法、インクジェット法、ディスペンサー法、シルクスクリーン印刷、フレキソ印刷等の各種手段を用いた方法が挙げられる。塗布する厚み、及び材料の粘度等に応じて、上記方法から適宜選択することができる。 The thermoelectric conversion film may be a film obtained by applying a thermoelectric conversion material onto a substrate. Since the thermoelectric conversion material has excellent formability, it is easy to obtain a good film by the application method. A wet film formation method is mainly used to form the thermoelectric conversion film. Specifically, methods using various means such as spin coating, spraying, roller coating, gravure coating, die coating, comma coating, roll coating, curtain coating, bar coating, inkjet, dispenser, silk screen printing, and flexographic printing can be mentioned. An appropriate method can be selected from the above methods depending on the thickness to be applied and the viscosity of the material.
熱電変換膜の膜厚は、特に限定されるものではないが、後述するように、熱電変換膜の厚さ方向又は面方向に温度差を生じ、かつ伝達できるように、一定以上の厚みを有するように形成されることが好ましい。一実施形態において、熱電特性の点から、熱電変換膜の膜厚は、0.1~200μmの範囲が好ましく、1~100μmの範囲が好ましく、1~50μmの範囲がさらに好ましい。 The thickness of the thermoelectric conversion film is not particularly limited, but as described below, it is preferable that the film is formed to have a certain thickness or more so that a temperature difference can be generated and transmitted in the thickness direction or surface direction of the thermoelectric conversion film. In one embodiment, from the viewpoint of thermoelectric properties, the film thickness of the thermoelectric conversion film is preferably in the range of 0.1 to 200 μm, more preferably in the range of 1 to 100 μm, and even more preferably in the range of 1 to 50 μm.
また、熱電変換材料を塗布する基材として、ポリエチレン、ポリエチレンテレフテレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリプロピレン、ポリイミド、ボリカーボネート、及びセルローストリアセテート等の材料からなるプラスチックフィルム、又はガラス等を用いることができる。 In addition, the substrate on which the thermoelectric conversion material is applied may be a plastic film made of a material such as polyethylene, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyethersulfone, polypropylene, polyimide, polycarbonate, or cellulose triacetate, or glass, etc.
基材と熱電変換膜との密着性を向上させる目的で、基材表面に様々な処理を行うことができる。具体的には、熱電変換材料の塗布に先立ち、UVオゾン処理、コロナ処理、プラズマ処理、又は易接着処理を行ってもよい。 In order to improve the adhesion between the substrate and the thermoelectric conversion film, various treatments can be performed on the substrate surface. Specifically, prior to application of the thermoelectric conversion material, UV ozone treatment, corona treatment, plasma treatment, or easy-adhesion treatment may be performed.
本発明の実施形態である熱電変換素子は、上記熱電変換材料を用いて構成されることを除き、当技術分野で周知の技術を適用して構成することができる。代表的に、熱電変換素子のより具体的な構成、及びその製造方法について説明する。 The thermoelectric conversion element according to the embodiment of the present invention can be constructed by applying techniques well known in the art, except that it is constructed using the above-mentioned thermoelectric conversion material. As a representative example, a more specific configuration of the thermoelectric conversion element and its manufacturing method will be described.
一実施形態において、熱電変換素子は、熱電変換材料を用いて得た熱電変換膜と、この熱電変換膜と電極的に接続する一対の電極とを有する。ここで、「電気的に接続する」とは、互いに接合しているか、又はワイヤー等の他の構成部材を介して通電できる状態であることを意味する。 In one embodiment, the thermoelectric conversion element has a thermoelectric conversion film obtained by using a thermoelectric conversion material, and a pair of electrodes connected to the thermoelectric conversion film like electrodes. Here, "electrically connected" means that they are joined to each other or can be electrically connected via other components such as wires.
電極の材料は、金属、合金、及び半導体から選択することができる。一実施形態において、導電率が高いこと、熱電変換膜を構成する本発明による熱電変換材料との接触抵抗が低いことから、金属及び合金が好ましい。具体例として、電極は、金、銀、銅、及びアルミニウムからなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。電極は、銀を含むことがさらに好ましい。 The material of the electrode can be selected from metals, alloys, and semiconductors. In one embodiment, metals and alloys are preferred because they have high electrical conductivity and low contact resistance with the thermoelectric conversion material according to the present invention that constitutes the thermoelectric conversion film. As a specific example, the electrode preferably contains at least one material selected from the group consisting of gold, silver, copper, and aluminum. It is even more preferred that the electrode contains silver.
電極は、真空蒸着法、電極材料箔や電極材料膜を有するフィルムの熱圧着、電極材料の微粒子を分散したペーストの塗布、等の方法によって形成することができる。プロセスが簡便な観点で、電極材料箔や電極材料膜を有するフィルムの熱圧着、電極材料を分散したペーストの塗布による方法が好ましい。 The electrodes can be formed by methods such as vacuum deposition, thermocompression bonding of an electrode material foil or a film having an electrode material film, or application of a paste in which fine particles of the electrode material are dispersed. From the viewpoint of process simplicity, methods using thermocompression bonding of an electrode material foil or a film having an electrode material film, or application of a paste in which the electrode material is dispersed, are preferred.
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。尚、特に断りのない限り、例中、「部」は「質量部」を、「%」は「質量%」をそれぞれ意味するものとする。また、「NMP」とは、N-メチルピロリドンを示す。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. In the examples, "parts" means "parts by mass" and "%" means "% by mass" unless otherwise specified. In addition, "NMP" refers to N-methylpyrrolidone.
<有機半導体Bの合成>
(合成例1)
フラスコにトルエン20mL、ジメチルアミノエタノール56.1mmol(5.0g)、トリエチルアミン112mmol(13.3g)を加え、氷浴で撹拌した。そこに塩化チオニル168mmol(17.0g)を30分かけて滴下し、滴下終了後2時間撹拌した。フラスコの温度を25℃にし、更に4時間撹拌した。反応液に10%の水酸化ナトリウム水溶液を50mL加えて撹拌、沈殿物をろ過した。ろ液を水200mLで2回、飽和食塩水100mLで1回洗浄した。
洗浄後の反応液をフラスコに注ぎ、さらに4-ヒドロキシベンズアルデヒド56.1mmol(6.8g)、炭酸カリウム56.1mmol(7.8g)加え、加熱還流を4時間行った。反応液を減圧して乾固させた後、テトラヒドロフランに溶解させ、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで分取し、中間生成物(A-1)を得た。
中間生成物(A-1)を15.5mmol(3.0g)、ルベアン酸6.2mmol(0.7g)、ジメチルホルムアミド10gをフラスコに加え、加熱還流を8時間行った。反応液をメタノール200gと混合し、析出物を濾別した。析出物を減圧乾燥することで中間生成物(B-1)を得た。中間生成物(B-1)1.0gをヨウ化メチル10gと混合し、2時間25℃で撹拌した。沈殿物をろ過により回収し、合成例1の生成物1を得た。
<Synthesis of Organic Semiconductor B>
(Synthesis Example 1)
To the flask, 20 mL of toluene, 56.1 mmol (5.0 g) of dimethylaminoethanol, and 112 mmol (13.3 g) of triethylamine were added and stirred in an ice bath. 168 mmol (17.0 g) of thionyl chloride was added dropwise over 30 minutes, and the mixture was stirred for 2 hours after the dropwise addition. The temperature of the flask was brought to 25°C, and the mixture was stirred for another 4 hours. 50 mL of 10% aqueous sodium hydroxide solution was added to the reaction solution, and the mixture was stirred, and the precipitate was filtered. The filtrate was washed twice with 200 mL of water and once with 100 mL of saturated saline.
The washed reaction solution was poured into a flask, and 56.1 mmol (6.8 g) of 4-hydroxybenzaldehyde and 56.1 mmol (7.8 g) of potassium carbonate were added, followed by heating under reflux for 4 hours. The reaction solution was dried under reduced pressure, dissolved in tetrahydrofuran, and separated by silica gel column chromatography to obtain intermediate product (A-1).
15.5 mmol (3.0 g) of intermediate product (A-1), 6.2 mmol (0.7 g) of rubeanic acid, and 10 g of dimethylformamide were added to a flask, and the mixture was heated under reflux for 8 hours. The reaction solution was mixed with 200 g of methanol, and the precipitate was separated by filtration. The precipitate was dried under reduced pressure to obtain intermediate product (B-1). 1.0 g of intermediate product (B-1) was mixed with 10 g of methyl iodide, and the mixture was stirred at 25° C. for 2 hours. The precipitate was collected by filtration, and product 1 of Synthesis Example 1 was obtained.
(合成例2~10)
ジメチルアミノエタノールを表1のアミンに変更した以外は、合成例1と同様の方法で、表1に挙げた中間生成物(A-2)~(A-10)、中間生成物(B-2)~(B-10)、生成物2~10をそれぞれ得た。尚、使用したアミンは合成例1と同じモル量とした。
(Synthesis Examples 2 to 10)
Intermediate products (A-2) to (A-10), intermediate products (B-2) to (B-10), and products 2 to 10 shown in Table 1 were obtained in the same manner as in Synthesis Example 1, except that dimethylaminoethanol was changed to an amine shown in Table 1. The amines used were in the same molar amounts as in Synthesis Example 1.
(合成例11)
中間生成物(A-1)を6.4mmol(1.5g)と中間生成物(A-2)を6.4mmol(1.6g)、ルベアン酸5.1mmol(0.6g)、ジメチルホルムアミド10gをフラスコに加え、加熱還流を8時間行った。反応液をメタノール200gと混合し、析出物を濾別した。析出物をテトラヒドロフランに溶解させ、シリカゲルクロマトグラフィーで分取し、中間生成物(B-11)を得た。中間生成物(B-11)1.0gをヨウ化メチル10gと混合し、2時間25℃で撹拌した。沈殿物をろ過により回収し、合成例11の生成物11を得た。
(Synthesis Example 11)
6.4 mmol (1.5 g) of intermediate product (A-1), 6.4 mmol (1.6 g) of intermediate product (A-2), 5.1 mmol (0.6 g) of rubeanic acid, and 10 g of dimethylformamide were added to a flask and heated under reflux for 8 hours. The reaction solution was mixed with 200 g of methanol, and the precipitate was separated by filtration. The precipitate was dissolved in tetrahydrofuran and separated by silica gel chromatography to obtain intermediate product (B-11). 1.0 g of intermediate product (B-11) was mixed with 10 g of methyl iodide and stirred at 25° C. for 2 hours. The precipitate was collected by filtration to obtain product 11 of Synthesis Example 11.
(合成例12~16)
中間生成物(A-1)及び中間生成物(A-2)を表2に挙げた中間生成物Aの組み合わせに変更した以外は、合成例11と同様の方法で、表2に挙げた中間生成物(B-12)~(B-16)、生成物12~16をそれぞれ得た。尚、使用した中間生成物Aは合成例11と同じモル量とした。
(Synthesis Examples 12 to 16)
Intermediate products (B-12) to (B-16) and products 12 to 16 shown in Table 2 were obtained in the same manner as in Synthesis Example 11, except that intermediate product (A-1) and intermediate product (A-2) were changed to the combination of intermediate product A shown in Table 2. The molar amount of intermediate product A used was the same as in Synthesis Example 11.
(合成例17)
中間生成物(B-1)1.0gをヨウ化エチル10gと混合し、2時間25℃で撹拌した。沈殿物をろ過により回収し、合成例17の生成物17を得た。
(合成例18~24)
使用する中間生成物Bとヨウ化メチルを表3の中間生成物Bとヨウ化アルキルに変更した以外は、合成例17と同様の方法で、生成物18~24をそれぞれ得た。
(Synthesis Example 17)
1.0 g of the intermediate product (B-1) was mixed with 10 g of ethyl iodide and stirred for 2 hours at 25° C. The precipitate was collected by filtration to obtain Product 17 of Synthesis Example 17.
(Synthesis Examples 18 to 24)
Products 18 to 24 were obtained in the same manner as in Synthesis Example 17, except that the intermediate product B and methyl iodide used were changed to the intermediate product B and alkyl iodide shown in Table 3.
(合成例25)
フラスコにトルエン20mL、硫酸20mL、ジメチルアミノエタノール36.5mmol(3.26g)、テレフタルアルデヒド酸メチル12.2mmol(2.0g)を加え、100℃で加熱しながら8時間撹拌した。反応液に10%の水酸化ナトリウム水溶液50mL、トルエン50mL加えて、トルエン層を取り出した。取り出したトルエン溶液をイオン交換水200mLで2回、飽和食塩水100mLで1回洗浄した。トルエン溶液を減圧乾燥により乾固させた後、テトラヒドロフランに溶解させ、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで分取し、中間生成物(A-25)を得た。
中間生成物(A-25)を13.6mmol(3.0g)、ルベアン酸5.1mmol(0.7g)、ジメチルホルムアミド10gをフラスコに加え、加熱還流を8時間行った。反応液をメタノール200gと混合し、析出物を濾別した。析出物を減圧乾燥することで中間生成物(B-25)を得た。中間生成物(B-25)1.0gをヨウ化メチル10gと混合し、2時間25℃で撹拌した。沈殿物をろ過により回収し、合成例25の生成物25を得た。
(Synthesis Example 25)
To the flask, 20 mL of toluene, 20 mL of sulfuric acid, 36.5 mmol (3.26 g) of dimethylaminoethanol, and 12.2 mmol (2.0 g) of methyl terephthalaldehyde were added, and the mixture was stirred for 8 hours while being heated at 100° C. 50 mL of 10% aqueous sodium hydroxide solution and 50 mL of toluene were added to the reaction solution, and the toluene layer was taken out. The taken out toluene solution was washed twice with 200 mL of ion-exchanged water and once with 100 mL of saturated saline. The toluene solution was dried under reduced pressure, and then dissolved in tetrahydrofuran and separated by silica gel column chromatography to obtain intermediate product (A-25).
13.6 mmol (3.0 g) of intermediate product (A-25), 5.1 mmol (0.7 g) of rubeanic acid, and 10 g of dimethylformamide were added to a flask, and the mixture was heated under reflux for 8 hours. The reaction solution was mixed with 200 g of methanol, and the precipitate was separated by filtration. The precipitate was dried under reduced pressure to obtain intermediate product (B-25). 1.0 g of intermediate product (B-25) was mixed with 10 g of methyl iodide, and the mixture was stirred at 25°C for 2 hours. The precipitate was collected by filtration to obtain product 25 of Synthesis Example 25.
(合成例26~34)
使用するアミンを表4のアミンに変更した以外は合成例25と同様の方法で、表4の中間生成物(Aー26)~(A-34)、中間生成物(Bー26)~(B-34)、生成物26~34をそれぞれ得た。尚、使用したアミンは合成例25と同じモル量とした。
(Synthesis Examples 26 to 34)
Intermediate products (A-26) to (A-34), intermediate products (B-26) to (B-34), and products 26 to 34 in Table 4 were obtained in the same manner as in Synthesis Example 25, except that the amine used was changed to the amine in Table 4. The amine used was in the same molar amount as in Synthesis Example 25.
(合成例35~40)
使用する中間生成物Aの組み合わせを表5に挙げた中間生成物Aに変更した以外は、合成例11と同様の方法で、表5の中間生成物(B-35)~(B-40)、生成物35~40をそれぞれ得た。尚、使用した中間生成物Aは合成例11と同じモル量とした。
(Synthesis Examples 35 to 40)
Intermediate products (B-35) to (B-40) and products 35 to 40 in Table 5 were obtained in the same manner as in Synthesis Example 11, except that the combination of intermediate products A used was changed to those shown in Table 5. The molar amount of intermediate product A used was the same as in Synthesis Example 11.
(合成例41~48)
使用する中間生成物Bとヨウ化メチルを表6の中間生成物Bとヨウ化アルキルに変更した以外は、合成例17と同様の方法で、表6の生成物41~48をそれぞれ得た。
(Synthesis Examples 41 to 48)
Products 41 to 48 in Table 6 were obtained in the same manner as in Synthesis Example 17, except that intermediate product B and methyl iodide were changed to intermediate product B and alkyl iodide in Table 6.
(合成例49~58)
使用するアミンを表7のアミンに変更した以外は、合成例25と同様の方法で、表7の中間生成物(A-49)~(A-58)、中間生成物(B-49)~(B-58)、生成物49~58をそれぞれ得た。尚、使用したアミンは合成例25と同じモル量とした。
(Synthesis Examples 49 to 58)
Intermediate products (A-49) to (A-58), intermediate products (B-49) to (B-58), and products 49 to 58 in Table 7 were obtained in the same manner as in Synthesis Example 25, except that the amine used was changed to the amine in Table 7. The amine used was in the same molar amount as in Synthesis Example 25.
(合成例59~64)
使用する中間生成物Aの組み合わせを表8に挙げた中間生成物Aに変更した以外は、合成例11と同様の方法で、表8の中間生成物(B-59)~(B-64)、生成物59~64をそれぞれ得た。尚、使用した中間生成物Aは合成例11と同じモル量とした。
(Synthesis Examples 59 to 64)
Intermediate products (B-59) to (B-64) and products 59 to 64 in Table 8 were obtained in the same manner as in Synthesis Example 11, except that the combination of intermediate products A used was changed to the intermediate products A listed in Table 8. The molar amount of intermediate product A used was the same as in Synthesis Example 11.
(合成例65~72)
使用する中間生成物Bとヨウ化メチルを表9の中間生成物Bとヨウ化アルキルに変更した以外は、合成例17と同様の方法で、表9の生成物65~72をそれぞれ得た。
(Synthesis Examples 65 to 72)
Products 65 to 72 in Table 9 were obtained in the same manner as in Synthesis Example 17, except that intermediate product B and methyl iodide were changed to intermediate product B and alkyl iodide in Table 9.
(合成例73)
フラスコにトルエン20mL、硫酸20mL、N,N-ジメチルグリシン49.1mmol(5.1g)、4-ヒドロキシベンズアルデヒド16.4mmol(2.0g)を加え、100℃で加熱しながら8時間撹拌した。反応液に10%の水酸化ナトリウム水溶液50mL、トルエン50mL加えて、トルエン層を取り出した。取り出したトルエン溶液をイオン交換水200mLで2回、飽和食塩水100mLで1回洗浄した。トルエン溶液を減圧乾燥により乾固させた後、テトラヒドロフランに溶解させ、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで分取し、中間生成物(A-73)を得た。
中間生成物(A-73)を14.5mmol(3.0g)、ルベアン酸5.8mmol(0.7g)、ジメチルホルムアミド10gをフラスコに加え、加熱還流を8時間行った。反応液をメタノール200gと混合し、析出物を濾別した。析出物を減圧乾燥することで中間生成物(B-73)を得た。中間生成物(B-73)1.0gをヨウ化メチル10gと混合し、2時間25℃で撹拌した。沈殿物をろ過により回収し、合成例73の生成物73を得た。
(Synthesis Example 73)
To the flask, 20 mL of toluene, 20 mL of sulfuric acid, 49.1 mmol (5.1 g) of N,N-dimethylglycine, and 16.4 mmol (2.0 g) of 4-hydroxybenzaldehyde were added, and the mixture was stirred for 8 hours while being heated at 100°C. 50 mL of 10% aqueous sodium hydroxide solution and 50 mL of toluene were added to the reaction solution, and the toluene layer was taken out. The taken out toluene solution was washed twice with 200 mL of ion-exchanged water and once with 100 mL of saturated saline. The toluene solution was dried under reduced pressure, and then dissolved in tetrahydrofuran and separated by silica gel column chromatography to obtain intermediate product (A-73).
14.5 mmol (3.0 g) of intermediate product (A-73), 5.8 mmol (0.7 g) of rubeanic acid, and 10 g of dimethylformamide were added to a flask, and the mixture was heated under reflux for 8 hours. The reaction solution was mixed with 200 g of methanol, and the precipitate was separated by filtration. The precipitate was dried under reduced pressure to obtain intermediate product (B-73). 1.0 g of intermediate product (B-73) was mixed with 10 g of methyl iodide, and the mixture was stirred at 25°C for 2 hours. The precipitate was collected by filtration to obtain product 73 of Synthesis Example 73.
(合成例74~82)
使用するアミンを表10のアミンに変更した以外は、合成例73と同様の方法で、表10の中間生成物(Aー74)~(A-82)、中間生成物(Bー74)~(B-82)、生成物74~82をそれぞれ得た。尚、使用したアミンは合成例25と同じモル量とした。
(Synthesis Examples 74 to 82)
Intermediate products (A-74) to (A-82), intermediate products (B-74) to (B-82), and products 74 to 82 in Table 10 were obtained in the same manner as in Synthesis Example 73, except that the amine used was changed to the amine in Table 10. The molar amounts of the amine used were the same as in Synthesis Example 25.
(合成例83~88)
使用する中間生成物Aの組み合わせを表11に挙げた中間生成物Aに変更した以外は、合成例11と同様の方法で、表11の中間生成物(B-83)~(B-88)、生成物83~88をそれぞれ得た。尚、使用した中間生成物Aは合成例11と同じモル量とした。
(Synthesis Examples 83 to 88)
Intermediate products (B-83) to (B-88) and products 83 to 88 in Table 11 were obtained in the same manner as in Synthesis Example 11, except that the combination of intermediate products A used was changed to the intermediate products A listed in Table 11. The molar amount of intermediate product A used was the same as in Synthesis Example 11.
(合成例89~96)
使用する中間生成物Bとヨウ化メチルを表12の中間生成物Bとヨウ化アルキルに変更した以外は、合成例17と同様の方法で、表12の生成物89~96をそれぞれ得た。
(Synthesis Examples 89 to 96)
Products 89 to 96 in Table 12 were obtained in the same manner as in Synthesis Example 17, except that intermediate product B and methyl iodide were changed to intermediate product B and alkyl iodide in Table 12.
(合成例97~106)
使用するアミンを表13のアミンに変更し、4-ヒドロキシベンズアルデヒドを4-アミノベンズアルデヒドに変更した以外は合成例73と同様の方法で、表13の中間生成物(Aー97)~(A-106)、中間生成物(Bー97)~(B-106)、生成物97~106をそれぞれ得た。尚、使用したアミンは合成例73と同じモル量とした。また、4-アミノベンズアルデヒドは合成例73で使用した4-ヒドロキシベンズアルデヒドと同じモル量とした。
(Synthesis Examples 97 to 106)
Intermediate products (A-97) to (A-106), intermediate products (B-97) to (B-106), and products 97 to 106 in Table 13 were obtained in the same manner as in Synthesis Example 73, except that the amine used was changed to an amine in Table 13 and 4-hydroxybenzaldehyde was changed to 4-aminobenzaldehyde. The amine used was in the same molar amount as in Synthesis Example 73. The 4-aminobenzaldehyde was in the same molar amount as the 4-hydroxybenzaldehyde used in Synthesis Example 73.
(合成例107~112)
使用する中間生成物Aの組み合わせを表14に変更した以外は、合成例11と同様の方法で、表14の中間生成物(B-107)~(B-112)、生成物107~112をそれぞれ得た。尚、使用した中間生成物Aは合成例11と同じモル量とした。
(Synthesis Examples 107 to 112)
Intermediate products (B-107) to (B-112) and products 107 to 112 in Table 14 were obtained in the same manner as in Synthesis Example 11, except that the combination of intermediate product A used was changed to that shown in Table 14. The molar amount of intermediate product A used was the same as in Synthesis Example 11.
(合成例113~120)
使用する中間生成物Bとヨウ化メチルを表15の中間生成物Bとヨウ化アルキルに変更した以外は、合成例17と同様の方法で、表15の生成物113~120をそれぞれ得た。
(Synthesis Examples 113 to 120)
Products 113 to 120 in Table 15 were obtained in the same manner as in Synthesis Example 17, except that intermediate product B and methyl iodide were changed to intermediate product B and alkyl iodide in Table 15.
(合成例121)
フラスコに生成物1を1g、35%塩酸を10g、テトラヒドロフランを10g加え、超音波洗浄機で10分間処理した。分散液を50℃で4時間撹拌した。得られた分散液を濾過し、濾別した固体をテトラヒドロフランで洗浄することで、生成物1中のヨウ化物イオンが塩化物イオンに置換された生成物1の塩化物イオン置換体を得た。
(Synthesis Example 121)
1 g of product 1, 10 g of 35% hydrochloric acid, and 10 g of tetrahydrofuran were added to a flask, and the mixture was treated with an ultrasonic cleaner for 10 minutes. The dispersion was stirred at 50° C. for 4 hours. The obtained dispersion was filtered, and the solid separated by filtration was washed with tetrahydrofuran to obtain a chloride ion-substituted product of product 1 in which iodide ions in product 1 were replaced with chloride ions.
(合成例122~144)
生成物1を表16記載の生成物に変更した以外は、合成例121と同様の方法で、生成物2~24の塩化物イオン置換体をそれぞれ得た。
(Synthesis Examples 122 to 144)
Except for changing Product 1 to the product shown in Table 16, the same method as in Synthesis Example 121 was used to obtain chloride ion-substituted products of Products 2 to 24, respectively.
(合成例145~168)
生成物1を表17記載の生成物に変更し、35%塩酸を45%臭化水素酸に変更した以外は、合成例121と同様の方法で、生成物1~24の臭化物イオン置換体をそれぞれ得た。
(Synthesis Examples 145 to 168)
Except for changing Product 1 to a product shown in Table 17 and changing 35% hydrochloric acid to 45% hydrobromic acid, the same method as in Synthesis Example 121 was used to obtain bromide ion-substituted products of Products 1 to 24, respectively.
(合成例169~192)
生成物1を表18記載の生成物に変更し、35%塩酸を酢酸に変更した以外は合成例121と同様の方法で、生成物1~24の下記構造を有する陰イオン1の置換体を得た。
(Synthesis Examples 169 to 192)
Substitution products of anion 1 having the following structures, products 1 to 24, were obtained in the same manner as in Synthesis Example 121, except that product 1 was changed to a product shown in Table 18 and 35% hydrochloric acid was changed to acetic acid.
(合成例193~216)
生成物1を表19記載の生成物に変更し、35%塩酸を42%テトラフルオロホウ酸に変更した以外は、合成例121と同様の方法で、生成物1~24の下記構造を有する陰イオン2の置換体を得た。
(Synthesis Examples 193 to 216)
Except for changing Product 1 to a product shown in Table 19 and changing 35% hydrochloric acid to 42% tetrafluoroboric acid, the same method as in Synthesis Example 121 was used to obtain substitution products of anion 2 having the following structures, Products 1 to 24.
(合成例217~240)
生成物1を表20記載の生成物に変更し、35%塩酸をテトラキスペンタフルオロフェニルホウ酸ナトリウムに変更した以外は、合成例121と同様の方法で、生成物1~24の下記構造を有する陰イオン3の置換体を得た。
(Synthesis Examples 217 to 240)
Substitution products of anion 3 having the following structures, that is, products 1 to 24, were obtained in the same manner as in Synthesis Example 121, except that product 1 was changed to a product shown in Table 20 and 35% hydrochloric acid was changed to sodium tetrakispentafluorophenylborate.
(フェニルチアゾロチアゾールの合成)
ベンズアルデヒドを15.5mmol(1.64g)、ルベアン酸6.2mmol(0.7g)、ジメチルホルムアミド10gをフラスコに加え、加熱還流を8時間行った。反応液をメタノール200gと混合し、析出物を濾別した。析出物を減圧乾燥することで下記構造を有するフェニルチアゾロチアゾールを得た。
(Synthesis of phenylthiazolothiazole)
15.5 mmol (1.64 g) of benzaldehyde, 6.2 mmol (0.7 g) of rubeanic acid, and 10 g of dimethylformamide were added to a flask and heated under reflux for 8 hours. The reaction solution was mixed with 200 g of methanol, and the precipitate was filtered off. The precipitate was dried under reduced pressure to obtain phenylthiazolothiazole having the following structure.
(比較化合物1)
9-ジメチルアミノフルオレン23.9mmol(5g)をヨウ化メチル20gと混合し、2時間25℃で撹拌した。得られた分散液をメタノール500gと混合し、沈殿物をろ過により回収した。回収した沈殿物を減圧乾燥することで、下記構造を有する比較化合物1を得た。
(Comparative Compound 1)
23.9 mmol (5 g) of 9-dimethylaminofluorene was mixed with 20 g of methyl iodide and stirred for 2 hours at 25° C. The resulting dispersion was mixed with 500 g of methanol, and the precipitate was collected by filtration. The collected precipitate was dried under reduced pressure to obtain Comparative Compound 1 having the following structure.
<熱電変換材料の製造>
[実施例1]
(分散液1)
導電性材料AとしてOCSiAl社製の単層カーボンナノチューブ「TUBALL」(SWCNTと略記する)0.4部、有機半導体Bとして生成物1を0.4部、NMP79.2部をそれぞれ秤量して混合した。更にジルコニアビーズ(φ1.25mm)を140部加え、スキャンデックスで2時間振とう後、ろ過によりジルコニアビーズを取り除き、熱電変換材料の分散液1を得た。
<Production of Thermoelectric Conversion Material>
[Example 1]
(Dispersion 1)
0.4 parts of single-walled carbon nanotubes "TUBALL" (abbreviated as SWCNT) manufactured by OCSiAl Corporation were weighed and mixed as conductive material A, 0.4 parts of product 1 as organic semiconductor B, and 79.2 parts of NMP. Furthermore, 140 parts of zirconia beads (φ1.25 mm) were added, and the mixture was shaken with a Scandex for 2 hours, after which the zirconia beads were removed by filtration, and dispersion liquid 1 of a thermoelectric conversion material was obtained.
[実施例2~240、比較例1~2]
(分散液2~240、比較分散液1~2)
有機半導体Bの種類を表21、表22に示す内容に変更した以外は、実施例1と同様にして、熱電変換材料の分散液2~240、比較分散液1~2をそれぞれ得た。比較化合物2としては、[スルファンジイルビス(4,1-フェニレン)]ビス(ジフェニルスルホニウム)=ビス(ヘキサフルオロ-λ5-スチバヌイド)を使用した。
[Examples 2 to 240, Comparative Examples 1 to 2]
(Dispersions 2 to 240, comparative dispersions 1 to 2)
Thermoelectric conversion material dispersions 2 to 240 and comparative dispersions 1 and 2 were obtained in the same manner as in Example 1, except that the type of organic semiconductor B was changed to the contents shown in Tables 21 and 22. As comparative compound 2, [sulfanediylbis(4,1-phenylene)]bis(diphenylsulfonium)=bis(hexafluoro-λ5-stibanide) was used.
[実施例241~360]
(分散液241~360)
有機半導体Bの種類とその配合量を表23に示す内容に変更した以外は、実施例1と同様にして、熱電変換材料の分散液241~312を得た。
[Examples 241 to 360]
(Dispersion liquid 241-360)
Thermoelectric conversion material dispersions 241 to 312 were obtained in the same manner as in Example 1, except that the type and amount of organic semiconductor B were changed to those shown in Table 23.
[実施例361~432]
(分散液361~432)
有機半導体Bの種類とその配合量を表24に示す内容に変更し、更に混合する際にその他成分としてフェニルチアゾロチアゾールを表24に示す配合量を添加した以外は、実施例1と同様にして、熱電変換材料の分散液361~432を得た。
[Examples 361 to 432]
(Dispersion liquid 361-432)
Dispersions 361 to 432 of thermoelectric conversion materials were obtained in the same manner as in Example 1, except that the type and amount of organic semiconductor B were changed to those shown in Table 24, and further, phenylthiazolothiazole was added as an additional component during mixing in the amount shown in Table 24.
[実施例433~504]
(分散液433~504)
導電性材料Aの種類、有機半導体の種類とその配合量を表25に示す内容に変更した以外は、実施例1と同様にして、熱電変換材料の分散液433~504を得た。
以下に表中の略号を示す。
黒鉛:日本黒鉛社製 黒鉛「CPB」
MWCNT:Knano社製 多層カーボンナノチューブ「100P」
GNP:XGSciences社製グラフェンナノプレートレット「xGNP-M-5」
[Examples 433 to 504]
(Dispersion liquid 433-504)
Thermoelectric conversion material dispersions 433 to 504 were obtained in the same manner as in Example 1, except that the type of conductive material A, the type of organic semiconductor, and the blending amount thereof were changed to those shown in Table 25.
The abbreviations in the table are as follows.
Graphite: Nippon Graphite Co., Ltd. graphite "CPB"
MWCNT: Multi-walled carbon nanotube "100P" manufactured by Knano
GNP: Graphene nanoplatelets "xGNP-M-5" manufactured by XGSciences
<分散液の液安定性の評価>
分散液20mLをガラス製の円筒容器に移し、25℃1週間静置した。静置後、導電性材料Aの沈降により生じた分散液の上澄液の分散液全体に対する体積割合を測定した。透明部分の割合が20体積%以下であれば、実用可能なレベルである。
◎:透明部分の割合が5体積%以下(非常に良好)
○:透明部分の割合が5体積%より大きく、10体積%以下(良好)
△:透明部分の割合が10体積%より大きく、20体積%以下(実用可能)
×:透明部分の割合が20体積%より大きい(実用不可)
<Evaluation of Liquid Stability of Dispersion>
20 mL of the dispersion was transferred to a cylindrical glass container and allowed to stand at 25° C. for one week. After standing, the volume ratio of the supernatant of the dispersion resulting from the precipitation of the conductive material A to the entire dispersion was measured. If the ratio of the transparent portion was 20% by volume or less, it was at a practical level.
◎: The ratio of transparent parts is 5% or less by volume (very good)
○: The ratio of transparent parts is more than 5% by volume and 10% by volume or less (good)
△: The ratio of transparent parts is more than 10% by volume and 20% by volume or less (practical)
×: The ratio of transparent portions is greater than 20% by volume (not practical).
<熱電変換材料の評価>
得られた分散液1~504、比較分散液1~2をシート状基材である厚さ75μmのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム上にアプリケータを用いてそれぞれ塗布した後、120℃で30分間加熱乾燥して、PET基材上に、膜厚5μmの熱電変換膜を有する積層体をそれぞれ得た。得られた熱電変換膜(以下、塗膜ともいう)を有する積層体について、以下のとおり導電性、ゼーベック係数、及びパワーファクター(PF)を評価した。結果を表21~25に示す。
<Evaluation of Thermoelectric Conversion Materials>
The obtained dispersions 1 to 504 and comparative dispersions 1 and 2 were each applied to a polyethylene terephthalate (PET) film having a thickness of 75 μm, which was a sheet-like substrate, using an applicator, and then heated and dried at 120° C. for 30 minutes to obtain a laminate having a thermoelectric conversion film having a thickness of 5 μm on the PET substrate. The conductivity, Seebeck coefficient, and power factor (PF) of the laminate having the obtained thermoelectric conversion film (hereinafter also referred to as a coating film) were evaluated as follows. The results are shown in Tables 21 to 25.
(導電率)
得られた積層体を2.5cm×5cmに切り取り、JIS-K7194に準じて、ロレスタGX MCP-T700(三菱化学アナリテック社製)を用いて4端子法で抵抗率を測定した。その後、抵抗率の逆数である、導電率を算出した。
(conductivity)
The obtained laminate was cut into a size of 2.5 cm x 5 cm, and the resistivity was measured by a four-terminal method using a Loresta GX MCP-T700 (manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd.) in accordance with JIS-K7194.Then, the conductivity, which is the reciprocal of the resistivity, was calculated.
(ゼーベック係数)
得られた積層体を3mm×10mmに切り取り、切り出した積層体の両側の端部2mmに銀ペースト(REXALPHA RA FS 074 トーヨーケム株式会社製)を塗布し、熱電変換素子を作成した。これの熱電変換性能としてアドバンス理工株式会社製のZEM-3LWを用いて、80℃におけるゼーベック係数(μV/K)を測定した。
(Seebeck coefficient)
The obtained laminate was cut into a size of 3 mm x 10 mm, and silver paste (REXALPHA RA FS 074, manufactured by Toyochem Co., Ltd.) was applied to 2 mm of both ends of the cut laminate to prepare a thermoelectric conversion element. The Seebeck coefficient (μV/K) at 80°C was measured as the thermoelectric conversion performance using a ZEM-3LW manufactured by Advance Riko Co., Ltd.
(パワーファクター(PF))
得られた導電率及びゼーベック係数を用いて、80℃におけるPF(=S2・σ)を算出し、以下の基準に従って評価した。PFが2.5μW/(mK2)以上であれば、実用可能なレベルである。
◎:PFが20μW/(mK2)以上である(非常に良好)
○:PFが10μW/(mK2)以上、20μW/(mK2)未満である(良好)
△:PFが2.5μW/(mK2)以上、10μW/(mK2)未満である(実用可能)
×:PFが2.5μW/(mK2)未満である(実用不可)
(Power Factor (PF))
Using the obtained electrical conductivity and Seebeck coefficient, the PF (=S 2 ·σ) at 80° C. was calculated and evaluated according to the following criteria: A PF of 2.5 μW/(mK 2 ) or more is at a practical level.
⊚: PF is 20 μW/(mK 2 ) or more (very good)
○: PF is 10 μW/(mK 2 ) or more and less than 20 μW/(mK 2 ) (good)
△: PF is 2.5 μW/(mK 2 ) or more and less than 10 μW/(mK 2 ) (practical)
×: PF is less than 2.5 μW/(mK 2 ) (not practical)
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