水に浮くほど軽い熱電変換材料を実現-ミクロな蜂の巣構造のガラスを半導体に変換【日本の研究.com】


>【プレスリリース】水に浮くほど軽い熱電変換材料を実現-ミクロな蜂の巣構造のガラスを半導体に変換-
>山形大学
>名古屋工業大学
https://research-er.jp/articles/view/94311

>【発表のポイント】蜂の巣(ハニカム)状にミクロな孔のあいたガラスを
>蒸気中で加熱することで、その形状を維持して熱電変換材料※1
>として知られる
>半導体の合成に成功。無機材料でありながら水や有機溶媒

>無機材料でありながら水や有機溶媒に浮くほど軽量な
>ハニカム多孔体を実現。
>の多孔体化により熱電変換効率の向上に必須の高電気伝導率と低熱伝導率の両立を実現へ。
>エネルギー効率の改善や
>の大幅削減を図るために、資源的に豊富な元素で構成される軽量かつ高効率な熱電変換材料が望まれます。

>ハニカムは、無機材料でありながら水や有機溶媒に浮くほど軽く、電気伝導率を保持したまま、1
>層のハニカム構造あたり熱伝導率を
>11%低減できることが明らかとなりました。今後、高効率で軽量な熱電変換素子の実現に向けてデバイス化を進めることで、低炭素社会実現への貢献が期待されます。

>発電所や自動車などの熱効率は
>40〜60%程度であり、残りのエネルギーは廃熱として環境に放出されています。熱電変換材料により直接これらの廃熱を電気として取り出すことができれば、熱効率の改善や
>の大幅な削減につながると期待されています。そのためには、高効率かつ軽量、資源制約の無い化合物から形成された熱電材料が必要です。

>これまで研究グループでは、プラスチックポリマーの溶液を塗布し、高湿度の条件で乾燥・製膜すると水滴を鋳型としてサブミクロンから数十ミクロンサイズの空孔が規則正しく形成したハニカム膜が作製できることを見出し、その工業化プロセスの開発を行ってきました。またごく最近、ポリマーハニカム膜に独自のプロセスでガラス(SiO2)膜をコートする技術を開発し、表面物性の制御などを行ってきました。
>今回研究グループでは、ガラスコートしたポリブタジエン(PB)ハニカム膜を
>と共にステンレスチューブ中に封入し、725˚C
>でアニーリングを行うことで
>蒸気処理を行い、シリカコート
>ハニカムを
>ハニカムに形状を保ったまま変換することに成功しました(図

>ハニカムは、無機材料でありながら水や有機溶媒に浮くほど軽く(図
>3)、電気伝導率を保持したまま、多孔構造により
>割以上の気孔率を持つため、1
>層のハニカム構造あたりの熱伝導率を
>11%低減できることが明らかとなりました。シリカコート
>ハニカム膜は積層することも可能であるため、本結果は積層した
>Mg2Siハニカムが形成できる可能性、および積層
>ハニカムによる高効率で軽量な熱電変換素子の実現につながる成果です。
>今後デバイス化を進めることにより、高効率で軽量な熱電変換素子による廃熱からのエネルギー変換を実現させ、低炭素社会実現への貢献が期待されます。

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 熱電変換は発電所と比べると起電力(発電量)は微々たるものですが、温度差さえあれば発電出来るのでマイクロチップやラズベリーパイなどの小規模IoT機器を動かすにはむしろ適した電源です。
 現在大規模発電所を中心に構成される電力供給網を効率化するにも、スマートグリッドと呼ばれるITを応用して効率的に電力を配分する技術が不可欠と言われていますが、それを制御する為にはノンストップ電源で動くIoT機器が不可欠です。
 そういう意味ではエネルギー構造の転換という意味でも熱電変換は期待したい技術です。

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