熱電轉(zhuǎn)換材料和熱電轉(zhuǎn)換元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種熱電轉(zhuǎn)換材料和使用了該熱電轉(zhuǎn)換材料的熱電轉(zhuǎn)換元件，所述熱電轉(zhuǎn)換材料為含有碳納米管和共軛高分子的熱電轉(zhuǎn)換材料，該共軛高分子為包含至少下述(A)和(B)作為具有共軛體系的重復(fù)單元的共軛高分子，(A)：烴環(huán)和/或雜環(huán)進(jìn)行3環(huán)以上稠合而成的稠多環(huán)結(jié)構(gòu)；(B)：?jiǎn)苇h(huán)的芳香族烴環(huán)結(jié)構(gòu)、單環(huán)的芳香族雜環(huán)結(jié)構(gòu)或包含這些的稠環(huán)結(jié)構(gòu)。
【專利說(shuō)明】熱電轉(zhuǎn)換材料和熱電轉(zhuǎn)換元件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及熱電轉(zhuǎn)換材料和使用了該熱電轉(zhuǎn)換材料的熱電轉(zhuǎn)換元件。
【背景技術(shù)】
[0002]能夠?qū)崮芘c電能相互轉(zhuǎn)換的熱電轉(zhuǎn)換材料被用于諸如熱電發(fā)電元件、珀?duì)柼菢拥臒犭娹D(zhuǎn)換元件中。應(yīng)用了熱電轉(zhuǎn)換材料、熱電轉(zhuǎn)換元件的熱電發(fā)電能夠直接將熱能轉(zhuǎn)換成電力，不需要可動(dòng)部，被用于在體溫下工作的手表或偏僻地區(qū)用電源、太空用電源
由
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[0003]熱電轉(zhuǎn)換材料的性能指數(shù)Z用下述式(A)表示，對(duì)于性能提高而言，熱電動(dòng)勢(shì)S和電導(dǎo)率σ的提高很重要。
[0004]性能指數(shù)ZT = S2.σ * T/K (A)
[0005]S(V/K):熱電動(dòng)勢(shì)(塞貝克系數(shù))
[0006]σ (S/m):電導(dǎo)率
[0007]K (ff/mK):導(dǎo)熱系數(shù)
[0008]T⑷:絕對(duì)溫度
[0009]對(duì)于熱電轉(zhuǎn)換材料要求具有良好的熱電轉(zhuǎn)換效率，因而目前主要實(shí)用化的熱電轉(zhuǎn)換材料為無(wú)機(jī)材料。但是，這些無(wú)機(jī)材料具有材料自身昂貴、含有有害物質(zhì)、或向熱電轉(zhuǎn)換元件加工的加工工序復(fù)雜等問(wèn)題。因此，正在進(jìn)行能夠比較廉價(jià)地制造、成膜等加工也容易的有機(jī)熱電轉(zhuǎn)換材料的研究，報(bào)道了使用導(dǎo)電性高分子的熱電轉(zhuǎn)換材料及元件。
[0010]例如，專利文獻(xiàn)I中記載了使用聚苯胺等導(dǎo)電性高分子的熱電元件；專利文獻(xiàn)2中記載了包含聚噻吩乙炔的熱電轉(zhuǎn)換材料；專利文獻(xiàn)3和4中記載了摻雜聚苯胺而成的熱電材料。另外，專利文獻(xiàn)5中記載了將聚苯胺溶解于有機(jī)溶劑中并旋涂于基板上而形成薄膜；并且記載了使用了該薄膜的熱電材料，但是其制造工藝復(fù)雜。專利文獻(xiàn)6中記載了由導(dǎo)電性高分子構(gòu)成的熱電轉(zhuǎn)換材料，該導(dǎo)電性高分子是用碘摻雜聚(3-烷基噻吩)而成的，并且報(bào)道了可發(fā)揮實(shí)用水平的熱電轉(zhuǎn)換特性。專利文獻(xiàn)7中公開(kāi)了一種由導(dǎo)電性高分子構(gòu)成的熱電轉(zhuǎn)換材料，該導(dǎo)電性高分子是對(duì)聚對(duì)苯乙炔或烷氧基取代聚對(duì)苯乙炔進(jìn)行摻雜處理而得到的。
[0011 ] 但是，可以說(shuō)這些熱電轉(zhuǎn)換材料的熱電轉(zhuǎn)換效率尚不充分。
[0012]碳納米管是近年來(lái)因具有高導(dǎo)電性而受到矚目的有機(jī)材料。但是，碳納米管的分散性低，在實(shí)用化時(shí)提高分散性成為課題。特別是，熱電轉(zhuǎn)換元件為了能夠在元件的兩端維持溫度差，要求將熱電轉(zhuǎn)換材料成型為具有某種程度的厚度的形狀，因此該低分散性更成為問(wèn)題。
[0013]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0014]專利文獻(xiàn)
[0015]專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2010-95688號(hào)公報(bào)
[0016]專利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2009-71131號(hào)公報(bào)[0017]專利文獻(xiàn)3:日本特開(kāi)2001-326393號(hào)公報(bào)
[0018]專利文獻(xiàn)4:日本特開(kāi)2000-323758號(hào)公報(bào)
[0019]專利文獻(xiàn)5:日本特開(kāi)2002-100815號(hào)公報(bào)
[0020]專利文獻(xiàn)6:日本特開(kāi)2003-332638號(hào)公報(bào)
[0021]專利文獻(xiàn)7:日本特開(kāi)2003-332639號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0022]發(fā)明要解決的課題
[0023]本發(fā)明的課題在于提供一種熱電轉(zhuǎn)換性能優(yōu)異的熱電轉(zhuǎn)換材料和使用了該熱電轉(zhuǎn)換材料的熱電轉(zhuǎn)換元件。
[0024]用于解決課題的方案
[0025]鑒于上述課題，本發(fā)明人對(duì)有機(jī)熱電轉(zhuǎn)換材料進(jìn)行了深入研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，含有碳納米管和具有特定結(jié)構(gòu)的共軛高分子的組合物顯示出優(yōu)異的熱電轉(zhuǎn)換性能，作為熱電轉(zhuǎn)換材料有用。此外，該材料的碳納米管的分散性良好，適合于利用涂布成膜。本發(fā)明是基于這些見(jiàn)解而完成的。
[0026]即，根據(jù)本發(fā)明，可以提供下述技術(shù)方案:
[0027]<1> 一種熱電轉(zhuǎn)換材料，其為含有碳納米管和共軛高分子的熱電轉(zhuǎn)換材料，該共軛高分子為含有至少下述(A)和(B)作為具有共軛體系的重復(fù)單元的共軛高分子，(A):烴環(huán)和/或雜環(huán)進(jìn)行3環(huán)以上稠合而成的稠多環(huán)結(jié)構(gòu)；(B):單環(huán)的芳香族烴環(huán)結(jié)構(gòu)、單環(huán)的芳香族雜環(huán)結(jié)構(gòu)或包含這些的稠環(huán)結(jié)構(gòu)。
[0028]<2>如〈1>項(xiàng)所述的熱電轉(zhuǎn)換材料，其中，所述重復(fù)單元(B)為單環(huán)的芳香族烴環(huán)結(jié)構(gòu)、單環(huán)的芳香族雜環(huán)結(jié)構(gòu)或包含這些的二稠環(huán)結(jié)構(gòu)。
[0029]<3>如〈1>或〈2>項(xiàng)所述的熱電轉(zhuǎn)換材料，其中，所述熱電轉(zhuǎn)換材料含有非共軛高分子。
[0030]<4>如〈1>~〈3>中任一項(xiàng)所述的熱電轉(zhuǎn)換材料，其特征在于，所述共軛高分子包含下述通式(I)表示的結(jié)構(gòu)作為重復(fù)單元。
[0031]【化學(xué)式I】
[0032]
【權(quán)利要求】
1.一種熱電轉(zhuǎn)換材料，其為含有碳納米管和共軛高分子的熱電轉(zhuǎn)換材料，該共軛高分子為包含至少下述(A)和(B)作為具有共軛體系的重復(fù)單元的共軛高分子， (A):烴環(huán)和/或雜環(huán)進(jìn)行3環(huán)以上稠合而成的稠多環(huán)結(jié)構(gòu)； (B):單環(huán)的芳香族烴環(huán)結(jié)構(gòu)、單環(huán)的芳香族雜環(huán)結(jié)構(gòu)或包含這些的稠環(huán)結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的熱電轉(zhuǎn)換材料，其中，所述重復(fù)單元(B)為單環(huán)的芳香族烴環(huán)結(jié)構(gòu)、單環(huán)的芳香族雜環(huán)結(jié)構(gòu)、或包含這些的二稠環(huán)結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的熱電轉(zhuǎn)換材料，其中，所述熱電轉(zhuǎn)換材料含有非共軛高分子。
4.如權(quán)利要求1~3中任一項(xiàng)所述的熱電轉(zhuǎn)換材料，其特征在于，所述共軛高分子包含下述通式(I)表示的結(jié)構(gòu)作為重復(fù)單元， [化學(xué)式I]
5.如權(quán)利要求1~4中任一項(xiàng)所述的熱電轉(zhuǎn)換材料，其特征在于，所述共軛高分子包含下述通式(2)表示的結(jié)構(gòu)作為重復(fù)單元， [化學(xué)式2]
6.如權(quán)利要求1~4中任一項(xiàng)所述的熱電轉(zhuǎn)換材料，其特征在于，所述共軛高分子包含下述通式(3)表示的結(jié)構(gòu)作為重復(fù)單元， [化學(xué)式3]
7.如權(quán)利要求4~6中任一項(xiàng)所述的熱電轉(zhuǎn)換材料，其特征在于，在所述通式(1)、(2)或(3)中，3稠環(huán)結(jié)構(gòu)的中心的環(huán)取代有直鏈或支鏈的烷基。
8.如權(quán)利要求4~7中任一項(xiàng)所述的熱電轉(zhuǎn)換材料，其特征在于，在所述通式(1)、(2)或(3)中，B為噻吩環(huán)結(jié)構(gòu)、苯環(huán)結(jié)構(gòu)或包含這些的二稠環(huán)結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求1~8中任一項(xiàng)所述的熱電轉(zhuǎn)換材料，其中，所述共軛高分子中包含的重復(fù)單元(A)與⑶的摩爾比為1:1。
10.如權(quán)利要求3~9中任一項(xiàng)所述的熱電轉(zhuǎn)換材料，其特征在于，所述非共軛高分子是將選自由乙烯基化合物、(甲基)丙烯酸酯化合物、碳酸酯化合物、酯化合物、酰胺化合物、酰亞胺化合物和硅氧烷化合物組成的組中的化合物聚合而成的高分子化合物。
11.如權(quán)利要求1~10中任一項(xiàng)所述的熱電轉(zhuǎn)換材料，其中，所述熱電轉(zhuǎn)換材料包含溶劑，所述熱電轉(zhuǎn)換材料是將所述碳納米管分散于該溶劑中而成的。
12.如權(quán)利要求1~11中任一項(xiàng)所述的熱電轉(zhuǎn)換材料，其中，所述熱電轉(zhuǎn)換材料包含摻雜劑。
13.如權(quán)利要求1~12中任一項(xiàng)所述的熱電轉(zhuǎn)換材料，其中，所述熱電轉(zhuǎn)換材料包含熱激發(fā)輔助劑。
14.如權(quán)利要求12所述的熱電轉(zhuǎn)換材料，其中，所述摻雜劑為鎗鹽化合物。
15.如權(quán)利要求1~14中任一項(xiàng)所述的熱電轉(zhuǎn)換材料，其中，所述熱電轉(zhuǎn)換材料的含水率為0.01質(zhì)量％以上且15質(zhì)量％以下。
16.一種熱電轉(zhuǎn)換元件，其是在熱電轉(zhuǎn)換層中使用了權(quán)利要求1~15中任一項(xiàng)所述的熱電轉(zhuǎn)換材料的熱電轉(zhuǎn)換元件。
17.如權(quán)利要求16所述的熱電轉(zhuǎn)換元件，其中，所述熱電轉(zhuǎn)換元件具有2層以上的熱電轉(zhuǎn)換層，該熱電轉(zhuǎn)換層的至少I層含有權(quán)利要求1~15中任一項(xiàng)所述的熱電轉(zhuǎn)換材料。
18.如權(quán)利要求17所述的熱電轉(zhuǎn)換元件，其中，在2層以上的熱電轉(zhuǎn)換層中，相鄰的熱電轉(zhuǎn)換層含有相互不同的共軛高分子。
19.如權(quán)利要求16~18中任一項(xiàng)所述的熱電轉(zhuǎn)換元件，其中，所述熱電轉(zhuǎn)換元件具備基材和設(shè)置于該基材上的熱電轉(zhuǎn)換層。
20.如權(quán)利要求16~19中任一項(xiàng)所述的熱電轉(zhuǎn)換元件，其中，所述熱電轉(zhuǎn)換元件還具有電極。
21.一種熱電發(fā)電用物品，其使用了權(quán)利要求16~20中任一項(xiàng)所述的熱電轉(zhuǎn)換元件。
22.—種碳納米管分散物，其含有碳納米管、共軛高分子和溶劑，是將該碳納米管分散于該溶劑中而成的，其中，該共軛高分子為包含至少下述(A)和(B)作為具有共軛體系的重復(fù)單元的共軛高分子， (A):烴環(huán)和/或雜環(huán)進(jìn)行3環(huán)以上稠合而成的稠多環(huán)結(jié)構(gòu)； (B):單環(huán)的芳香族 烴環(huán)結(jié)構(gòu)、單環(huán)的芳香族雜環(huán)結(jié)構(gòu)或包含這些的稠環(huán)結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】C08L65/00GK103907212SQ201280053958
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2012年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月31日
【發(fā)明者】西尾亮, 青合利明, 林直之, 高橋依里 申請(qǐng)人:富士膠片株式會(huì)社