神戸大学大学院工学研究科の堀家匠平助教、小柴康子助手、石田謙司教授と、産業技術総合研究所材料?化学領域ナノ材料研究部門の衛慶碩主任研究員、赤池幸紀主任研究員、桐原和大主任研究員、向田雅一主任研究員らの研究グループは、カーボンナノチューブに安定したn型特性を付与することのできるドーピング物質を発見しました。今後、この物質を利用したカーボンナノチューブを用いて、熱電発電などのデバイスを長寿命化することができると期待されます。

この研究成果は、6月20日に「Nature Communications」にオンライン掲載されました。

ポイント

• カーボンナノチューブを安定したn型材料へと変化させるドーピング物質として有機超塩基が有効であることを発見。
• オールカーボンナノチューブで構成されたpn接合型の熱電発電デバイスを試作。
• 日常生活や工場で排出される熱の有効利用に向けた技術開発への貢献に期待。

研究の背景

将来のエレクトロニクスやエネルギーデバイスの素材として、カーボンナノチューブ^※1が注目されています。中でも、熱を電気に変換する“熱電発電”は、日常生活や工場などで発生する排熱を回収し、電気エネルギーとして再利用する環境発電技術 (エナジーハーベスター) として期待されています。環境発電は、身の回りに広く薄く存在するエネルギー (太陽光、家屋や橋梁の振動、排熱) を回収し、より有用なエネルギーである電気に変えて使う技術であり、昨今の地球環境保護やエネルギー使用量削減に対する意識の高まりから、世界的に研究開発が進んでいる分野です。カーボンナノチューブは非常にやわらかい材料であることから、例えば、工場の温水が流れる配管など、熱源が曲面であっても、その曲面に沿うように貼り付けて発電できるデバイスを作ることができると期待されています。

熱電発電デバイスは、発電量を高めるために、プラスの電気を流しやすい“p型材料”とマイナスの電気を流しやすい“n型材料”を交互につなげて作られます。したがって、p型とn型、どちらか片方だけではなく、両方の材料を用いることが望まれます。カーボンナノチューブは空気中に含まれる酸素分子の影響によってp型になりやすい反面、安定してn型の性質を発現させることが困難でした。

材料をp型やn型に変える技術は、