JP2013098299A - Thermoelectric conversion material and thermoelectric conversion element - Google Patents

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Akira Nishio
亮 西尾
Toshiaki Aoso
利明 青合
Naoyuki Hayashi
直之 林
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermoelectric conversion material using an electroconductive polymer, capable of enhancing thermal conversion efficiency by significantly improving electric conductivity.SOLUTION: The thermoelectric conversion material, containing an electroconductive polymer, a carbon nano-tube, and an onium salt compound, has electrical conductivity anisotropy of 1.5 to 10. A material having enhanced thermal conversion characteristics is obtained as a result of the onium salt compound functioning as an excellent dopant by generating acid when a specific external energy is provided under a coexistence of the onium salt compound.

Description

本発明は、熱電変換材料及び当該材料を用いた熱電変換素子に関する。   The present invention relates to a thermoelectric conversion material and a thermoelectric conversion element using the material.

熱エネルギーと電気エネルギーを相互に変換することが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。熱電変換材料や熱電変換素子を応用した熱電発電は、熱エネルギーを直接電力に変換することができ、可動部を必要とせず、体温で作動する腕時計や僻地用電源、宇宙用電源等に用いられている。
熱電変換材料には良好な熱電変換効率が要求され、現在主に実用化されているのは無機材料である。しかし、これらの無機材料は材料自体が高価であったり、有害物質を含んでいたり、熱電変換素子への加工工程が複雑である等の問題を有している。そのため、比較的廉価に製造でき、成膜等の加工も容易な有機熱電変換材料の研究が進められ、導電性高分子を用いた熱電変換材料や素子が報告されている。
Thermoelectric conversion materials that can mutually convert thermal energy and electrical energy are used in thermoelectric conversion elements such as thermoelectric power generation elements and Peltier elements. Thermoelectric power generation using thermoelectric conversion materials and thermoelectric conversion elements can directly convert thermal energy into electric power, does not require moving parts, and is used for wristwatches that operate at body temperature, power supplies for remote areas, power supplies for space, etc. ing.
Thermoelectric conversion materials are required to have good thermoelectric conversion efficiency, and inorganic materials are mainly used at present. However, these inorganic materials have problems that the material itself is expensive, contains harmful substances, and that the processing process for the thermoelectric conversion element is complicated. For this reason, research on organic thermoelectric conversion materials that can be manufactured at a relatively low cost and that can be easily processed such as film formation has been promoted, and thermoelectric conversion materials and elements using conductive polymers have been reported.

例えば、特許文献1にはポリアニリン等の導電性高分子を用いた熱電素子が、特許文献2にはポリチエニレンビニレンを含む熱電変換材料が、特許文献3及び4にはポリアニリンをドーピングしてなる熱電材料がそれぞれ記載されている。また、特許文献5にはポリアニリンを有機溶剤に溶解させ基板上にスピンコートして薄膜を形成すること、及びそれを用いた熱電材料が記載されているが、その製造プロセスは複雑である。特許文献6には、ポリ(3−アルキルチオフェン)をヨウ素でドープした導電性高分子からなる熱電変換材料が記載され、実用レベルの熱電変換特性を発揮すると報告されている。特許文献7には、ポリフェニレンビニレン又はアルコキシ置換ポリフェニレンビニレンをドーピング処理して得られる導電性高分子からなる熱電変換材料が開示されている。
また、導電性材料としてカーボンナノチューブ等のナノカーボン材料を添加した熱電変換材料の実用化も検討されてきている。
しかしながら、これらの熱電変換材料は熱電変換効率が未だ十分とは言えず、より高い熱電変換効率を有する有機熱電変換材料の開発が望まれている。
For example, Patent Document 1 is a thermoelectric element using a conductive polymer such as polyaniline, Patent Document 2 is a thermoelectric conversion material containing polythienylene vinylene, and Patent Documents 3 and 4 are doped with polyaniline. Each thermoelectric material is described. Patent Document 5 describes that a polyaniline is dissolved in an organic solvent and spin-coated on a substrate to form a thin film, and a thermoelectric material using the thin film, but the manufacturing process is complicated. Patent Document 6 describes a thermoelectric conversion material composed of a conductive polymer obtained by doping poly (3-alkylthiophene) with iodine, and is reported to exhibit practical thermoelectric conversion characteristics. Patent Document 7 discloses a thermoelectric conversion material made of a conductive polymer obtained by doping polyphenylene vinylene or alkoxy-substituted polyphenylene vinylene.
In addition, practical application of thermoelectric conversion materials to which nanocarbon materials such as carbon nanotubes are added as conductive materials has been studied.
However, these thermoelectric conversion materials still cannot be said to have sufficient thermoelectric conversion efficiency, and development of organic thermoelectric conversion materials having higher thermoelectric conversion efficiency is desired.

熱電変換材料の性能指数ZTは下記式(A)で示され、性能向上には熱起電力Sと共に、導電率σの向上が重要である。

性能指数ZT=S・σ・T/κ (A)
S(V/K):熱起電力(ゼーベック係数) σ(S/m):導電率
κ(W/mK):熱伝導率 T(K):絶対温度

導電性高分子は、延伸処理等により高分子鎖を特定方向に配向させて分子間距離を縮めることで、導電性をより向上させることができる(例えば特許文献8、9)。しかし、熱電変換材料に通常用いられるドーパントは酸化剤や酸性化合物であり、これらは導電性高分子やカーボンナノチューブを酸化して凝集させる。したがって、ドーパントを含む熱電変換材料から得られる膜やシートは脆弱で展性に劣り、延伸により破断やクラックが発生しやすかった。
The figure of merit ZT of the thermoelectric conversion material is represented by the following formula (A), and it is important to improve the conductivity σ together with the thermoelectromotive force S for improving the performance.

Figure of merit ZT = S 2 · σ · T / κ (A)
S (V / K): Thermoelectromotive force (Seebeck coefficient) σ (S / m): Conductivity
κ (W / mK): Thermal conductivity T (K): Absolute temperature

The conductive polymer can further improve the conductivity by orienting the polymer chain in a specific direction by a stretching process or the like to reduce the intermolecular distance (for example, Patent Documents 8 and 9). However, dopants commonly used for thermoelectric conversion materials are oxidizing agents and acidic compounds, which oxidize and aggregate conductive polymers and carbon nanotubes. Therefore, the film | membrane and sheet | seat obtained from the thermoelectric conversion material containing a dopant are weak and inferior in malleability, and it was easy to generate | occur | produce a fracture | rupture and a crack by extending | stretching.

特開2010−95688号公報JP 2010-95688 A 特開2009−71131号公報JP 2009-71131 A 特開2001−326393号公報JP 2001-326393 A 特開2000−323758号公報JP 2000-323758 A 特開2002−100815号公報JP 2002-100815 A 特開2003−332638号公報JP 2003-332638 A 特開2003−332639号公報JP 2003-332639 A 特開2005−105510号公報JP 2005-105510 A 特開2006−114793号公報JP 2006-114793 A

本発明は、導電性素材として導電性高分子及びカーボンナノチューブ(以下、CNTともいう。)を用いた熱電変換材料であって、導電性を飛躍的に向上させることで、熱変換効率をより高めた熱電変換材料を提供することを課題とする。また、本発明は、当該材料を用いた熱電変換素子、及び当該熱電発電素子を用いた熱電発電用物品を提供することを課題とする。   The present invention is a thermoelectric conversion material using a conductive polymer and a carbon nanotube (hereinafter also referred to as CNT) as a conductive material, and the heat conversion efficiency is further improved by dramatically improving the conductivity. It is an object to provide a thermoelectric conversion material. Another object of the present invention is to provide a thermoelectric conversion element using the material and a thermoelectric power generation article using the thermoelectric power generation element.

本発明者らは上記課題に鑑み、導電性高分子及びCNTを用いた熱電変換材料について鋭意検討を行った。その結果、オニウム塩化合物の共存下において特定の外部エネルギーを付与すると、このオニウム塩化合物が酸を発生して優れたドーパントとして機能することを見い出した。さらに、本発明者らは、オニウム塩化合物の共存下であっても、特定の外部エネルギーを付与しなければ、導電性高分子やCNTの酸化・凝集を抑制でき、展性のより高い状態での材料成形が可能になることに着目した。その結果、ドーパントとしてオニウム塩化合物を用いれば、延伸や摩擦転写等による分子配向により所望の導電率異方性を付与してさらに導電性を向上させることができ、熱電変換特性をより高めた材料が得られることを見い出した。本発明は、これらの知見に基づき完成させるに至ったものである。   In view of the above problems, the present inventors have intensively studied a thermoelectric conversion material using a conductive polymer and CNT. As a result, it has been found that when a specific external energy is applied in the presence of an onium salt compound, the onium salt compound generates an acid and functions as an excellent dopant. Furthermore, the present inventors can suppress oxidation / aggregation of conductive polymers and CNTs in a more malleable state unless specific external energy is applied even in the presence of an onium salt compound. We paid attention to the possibility of material molding. As a result, if an onium salt compound is used as a dopant, it is possible to impart a desired conductivity anisotropy by molecular orientation by stretching, friction transfer, etc., and to further improve conductivity, and a material with improved thermoelectric conversion characteristics I found out that The present invention has been completed based on these findings.

すなわち、上記の課題は以下の手段により達成された。
<1>導電性高分子、カーボンナノチューブ、及びオニウム塩化合物を含有し、導電率異方性が1.5〜10である熱電変換材料。
<2>オニウム塩化合物が、熱又は活性エネルギー線照射の付与により酸を発生する化合物である、<1>に記載の熱電変換材料。
<3>前記導電性高分子が、チオフェン系化合物、ピロール系化合物、アニリン系化合物、アセチレン系化合物、p−フェニレン系化合物、p−フェニレンビニレン系化合物、p−フェニレンエチニレン系化合物、及びこれらの誘導体からなる群より選択される少なくとも1種のモノマーから導かれる繰り返し単位を有する共役系高分子である、<1>又は<2>に記載の熱電変換材料。
<4>熱又は活性エネルギー線照射を付与された、<1>〜<3>のいずれかに記載の熱電変換材料。
<5>基材と、該基材上に設けられた<1>〜<4>のいずれかに記載の熱電変換材料とを備える、熱電変換積層体。
<6>基材が樹脂フィルムである、<5>に記載の熱電変換積層体。
<7><1>〜<4>のいずれかに記載の熱電変換材料、又は<5>もしくは<6>に記載の熱電変換積層体を用いた熱電変換素子。
<8>電極を有する、<7>に記載の熱電変換素子。
<9><7>又は<8>に記載の熱電変換素子を用いた熱電発電用物品。
That is, said subject was achieved by the following means.
<1> A thermoelectric conversion material containing a conductive polymer, a carbon nanotube, and an onium salt compound, and having a conductivity anisotropy of 1.5 to 10.
<2> The thermoelectric conversion material according to <1>, wherein the onium salt compound is a compound that generates an acid upon application of heat or active energy ray irradiation.
<3> The conductive polymer is a thiophene compound, a pyrrole compound, an aniline compound, an acetylene compound, a p-phenylene compound, a p-phenylene vinylene compound, a p-phenylene ethynylene compound, and these The thermoelectric conversion material according to <1> or <2>, which is a conjugated polymer having a repeating unit derived from at least one monomer selected from the group consisting of derivatives.
<4> The thermoelectric conversion material according to any one of <1> to <3>, which is provided with heat or active energy ray irradiation.
A thermoelectric conversion laminated body provided with a <5> base material and the thermoelectric conversion material according to any one of <1> to <4> provided on the base material.
The thermoelectric conversion laminated body as described in <5> whose <6> base material is a resin film.
<7> A thermoelectric conversion element using the thermoelectric conversion material according to any one of <1> to <4> or the thermoelectric conversion laminate according to <5> or <6>.
<8> The thermoelectric conversion element according to <7>, having an electrode.
<9> An article for thermoelectric power generation using the thermoelectric conversion element according to <7> or <8>.

本発明の熱電変換材料は、より高い導電性を示し、熱電変換性能に優れる。また、本発明の熱電変換素子及び熱電発電用物品は、本発明の熱電変換材料を用いているため、優れた熱電変換性能を有する。   The thermoelectric conversion material of the present invention exhibits higher conductivity and is excellent in thermoelectric conversion performance. Moreover, since the thermoelectric conversion element and the article for thermoelectric power generation of the present invention use the thermoelectric conversion material of the present invention, they have excellent thermoelectric conversion performance.

本発明の熱電変換素子の一例を模式的に示す図である。図1中の矢印は素子の使用時に付与される温度差の方向を示す。It is a figure which shows typically an example of the thermoelectric conversion element of this invention. The arrows in FIG. 1 indicate the direction of the temperature difference applied when the element is used. 本発明の熱電変換素子の一例を模式的に示す図である。図2中の矢印は素子の使用時に付与される温度差の方向を示す。It is a figure which shows typically an example of the thermoelectric conversion element of this invention. The arrows in FIG. 2 indicate the direction of the temperature difference applied when the element is used.

本発明の熱電変換材料は、導電性高分子、カーボンナノチューブ、及びオニウム塩化合物を含有し、特定の導電率異方性を備える。本発明の熱電変換材料はオニウム塩化合物のドーピング作用により導電性が飛躍的に向上している上に、導電率異方性も付与されているため、さらに導電性が高められており、優れた熱電変換特性を示す。
本発明の熱電変換材料は、通常には、導電性高分子、カーボンナノチューブ、オニウム塩化合物、及び溶媒を含有する組成物(以下、熱電変換材料用組成物ということがある。)の成形と同時に、又は成形後、導電性高分子を配向させることで所望の導電率異方性を付与して調製される。
以下、本発明について詳述するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
The thermoelectric conversion material of the present invention contains a conductive polymer, a carbon nanotube, and an onium salt compound, and has specific conductivity anisotropy. The thermoelectric conversion material of the present invention has improved conductivity due to the doping effect of the onium salt compound, and also has conductivity anisotropy, so that the conductivity is further improved and is excellent. The thermoelectric conversion characteristics are shown.
The thermoelectric conversion material of the present invention is usually simultaneously with the molding of a composition containing a conductive polymer, a carbon nanotube, an onium salt compound, and a solvent (hereinafter sometimes referred to as a composition for a thermoelectric conversion material). Alternatively, after forming, the conductive polymer is oriented to give desired conductivity anisotropy.
Hereinafter, although this invention is explained in full detail, this invention is not limited to these.

[導電性高分子]
導電性高分子としては、共役系の分子構造を有する高分子化合物を用いることができる。ここで、共役系の分子構造を有する高分子とは、高分子の主鎖上の炭素−炭素結合において、一重結合と二重結合とが交互に連なる構造を有している高分子である。
このような共役系高分子としては、チオフェン系化合物、ピロール系化合物、アニリン系化合物、アセチレン系化合物、p−フェニレン系化合物、p−フェニレンビニレン系化合物、p−フェニレンエチニレン系化合物、p−フルオレニレンビニレン系化合物、ポリアセン系化合物、ポリフェナントレン系化合物、金属フタロシアニン系化合物、p−キシリレン系化合物、ビニレンスルフィド系化合物、m−フェニレン系化合物、ナフタレンビニレン系化合物、p−フェニレンオキシド系化合物、フェニレンスルフィド系化合物、フラン系化合物、セレノフェン系化合物、アゾ系化合物、金属錯体系化合物、及びこれらの化合物に置換基を導入した誘導体などをモノマーとし、当該モノマーから導かれる繰り返し単位を有する共役系高分子が挙げられる。
[Conductive polymer]
As the conductive polymer, a polymer compound having a conjugated molecular structure can be used. Here, the polymer having a conjugated molecular structure is a polymer having a structure in which single bonds and double bonds are alternately connected in a carbon-carbon bond on the main chain of the polymer.
Examples of such conjugated polymers include thiophene compounds, pyrrole compounds, aniline compounds, acetylene compounds, p-phenylene compounds, p-phenylene vinylene compounds, p-phenylene ethynylene compounds, p-full. Olenylene vinylene compound, polyacene compound, polyphenanthrene compound, metal phthalocyanine compound, p-xylylene compound, vinylene sulfide compound, m-phenylene compound, naphthalene vinylene compound, p-phenylene oxide compound, phenylene A conjugated polymer having a repeating unit derived from a sulfide compound, furan compound, selenophene compound, azo compound, metal complex compound, or a derivative obtained by introducing a substituent into these compounds. But It is below.

上記の誘導体中の置換基としては特に制限はないが、他の成分との相溶性や用いる媒体の種類等を考慮して、適宜選択して導入することが好ましい。
例示すると、媒体として有機溶媒を用いる場合、直鎖、分岐又は環状のアルキル基、アルコキシ基、チオアルキル基のほか、アルコキシアルキレンオキシ基、アルコキシアルキレンオキシアルキル基、クラウンエーテル基、アリール基等を好ましく用いることができる。これらの基は、さらに置換基を有してもよい。また、置換基の炭素数に特に制限はないが、好ましくは1〜12個、より好ましくは4〜12個であり、特に炭素数6〜12個の長鎖のアルキル基、アルコキシ基、チオアルキル基、アルコキシアルキレンオキシ基、アルコキシアルキレンオキシアルキル基が好ましい。
水系の媒体を用いる場合は、各モノマーの末端又は上記置換基にさらに、カルボン酸基、スルホン酸基、水酸基、リン酸基等の親水性基を導入することが好ましい。
他にも、ジアルキルアミノ基、モノアルキルアミノ基、アミノ基、カルボキシル基、エステル基、アミド基、カルバメート基、ニトロ基、シアノ基、イソシアネート基、イソシアノ基、ハロゲン原子、パーフルオロアルキル基、パーフルオロアルコキシ基などを置換基として導入することができ、好ましい。
導入されうる置換基の数も特に制限されず、導電性高分子の分散性や相溶性、導電性等を考慮して、1個又は複数個の置換基を適宜導入することができる。
The substituent in the above derivative is not particularly limited, but is preferably selected and introduced in consideration of compatibility with other components and the type of medium used.
For example, when an organic solvent is used as a medium, an alkoxyalkyleneoxy group, an alkoxyalkyleneoxyalkyl group, a crown ether group, an aryl group, etc. are preferably used in addition to a linear, branched, or cyclic alkyl group, alkoxy group, or thioalkyl group. be able to. These groups may further have a substituent. The number of carbon atoms of the substituent is not particularly limited, but is preferably 1 to 12, more preferably 4 to 12, and particularly a long-chain alkyl group, alkoxy group or thioalkyl group having 6 to 12 carbon atoms. An alkoxyalkyleneoxy group and an alkoxyalkyleneoxyalkyl group are preferred.
When an aqueous medium is used, it is preferable to introduce a hydrophilic group such as a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, a hydroxyl group, or a phosphoric acid group to the terminal of each monomer or the above substituent.
In addition, dialkylamino group, monoalkylamino group, amino group, carboxyl group, ester group, amide group, carbamate group, nitro group, cyano group, isocyanate group, isocyano group, halogen atom, perfluoroalkyl group, perfluoro An alkoxy group or the like can be introduced as a substituent, which is preferable.
The number of substituents that can be introduced is not particularly limited, and one or more substituents can be appropriately introduced in consideration of the dispersibility, compatibility, conductivity, and the like of the conductive polymer.

チオフェン系化合物及びその誘導体から導かれる繰り返し単位を有する共役系高分子としては、ポリチオフェン、チオフェン環に置換基が導入されたモノマーから導かれる繰り返し単位を含む共役系高分子、及びチオフェン環を含む縮合多環構造を有するモノマーから導かれる繰り返し単位を含む共役系高分子が挙げられる。   Examples of the conjugated polymer having a repeating unit derived from a thiophene compound and a derivative thereof include polythiophene, a conjugated polymer including a repeating unit derived from a monomer having a substituent introduced into the thiophene ring, and a condensation containing a thiophene ring Examples thereof include conjugated polymers containing a repeating unit derived from a monomer having a polycyclic structure.

チオフェン環に置換基が導入されたモノマーから導かれる繰り返し単位を含む共役系高分子としては、ポリ−3−メチルチオフェン、ポリ−3−ブチルチオフェン、ポリ−3−ヘキシルチオフェン、ポリ−3−シクロヘキシルチオフェン、ポリ−3−(2’−エチルヘキシル)チオフェン、ポリ−3−オクチルチオフェン、ポリ−3−ドデシルチオフェン、ポリ−3−(2’−メトキシエトキシ)メチルチオフェン、ポリ−3−(メトキシエトキシエトキシ)メチルチオフェンなどのポリ−アルキル置換チオフェン類、ポリ−3−メトキシチオフェン、ポリ−3−エトキシチオフェン、ポリ−3−ヘキシルオキシチオフェン、ポリ−3−シクロヘキシルオキシチオフェン、ポリ−3−(2’−エチルヘキシルオキシ)チオフェン、ポリ−3−ドデシルオキシチオフェン、ポリ−3−メトキシ(ジエチレンオキシ)チオフェン、ポリ−3−メトキシ(トリエチレンオキシ)チオフェン、ポリ−(3,4−エチレンジオキシチオフェン)などのポリ−アルコキシ置換チオフェン類、ポリ−3−メトキシ−4−メチルチオフェン、ポリ−3−ヘキシルオキシ−4−メチルチオフェン、ポリ−3−ドデシルオキシ−4−メチルチオフェンなどのポリ−3−アルコキシ置換−4−アルキル置換チオフェン類、ポリ−3−チオヘキシルチオフェン、ポリ−3−チオオクチルチオフェン、ポリ−3−チオドデシルチオフェンなどのポリ−3−チオアルキルチオフェン類が挙げられる。   Examples of the conjugated polymer containing a repeating unit derived from a monomer having a substituent introduced into a thiophene ring include poly-3-methylthiophene, poly-3-butylthiophene, poly-3-hexylthiophene, and poly-3-cyclohexyl. Thiophene, poly-3- (2′-ethylhexyl) thiophene, poly-3-octylthiophene, poly-3-dodecylthiophene, poly-3- (2′-methoxyethoxy) methylthiophene, poly-3- (methoxyethoxyethoxy) ) Poly-alkyl-substituted thiophenes such as methylthiophene, poly-3-methoxythiophene, poly-3-ethoxythiophene, poly-3-hexyloxythiophene, poly-3-cyclohexyloxythiophene, poly-3- (2'-) Ethylhexyloxy) thiophene, poly-3- Poly-alkoxy substituted thiophenes such as decyloxythiophene, poly-3-methoxy (diethyleneoxy) thiophene, poly-3-methoxy (triethyleneoxy) thiophene, poly- (3,4-ethylenedioxythiophene), poly- Poly-3-alkoxy-substituted-4-alkyl-substituted thiophenes such as 3-methoxy-4-methylthiophene, poly-3-hexyloxy-4-methylthiophene, poly-3-dodecyloxy-4-methylthiophene, poly- Examples thereof include poly-3-thioalkylthiophenes such as 3-thiohexylthiophene, poly-3-thiooctylthiophene, and poly-3-thiododecylthiophene.

なかでも、ポリ−3−アルキルチオフェン類、ポリ−3−アルコキシチオフェン類が好ましい。3位に置換基を有するポリチオフェンに関しては、チオフェン環の2,5位での結合の向きにより異方性が生じる。3−置換チオフェンの重合において、チオフェン環の2位同士が結合したもの(HH結合体:head−to−head)、2位と5位が結合したもの(HT結合体:head−to−tail)、5位同士が結合したもの(TT結合体:tail−to−tail)の混合物になるが、2位と5位が結合したもの(HT結合体)の割合が多いほど、重合体主鎖の平面性が向上し、ポリマー間のπ−πスタッキング構造を形成しやすく、電荷の移動を容易にする上で好ましい。これら結合様式の割合は、H−NMRにより測定することができる。チオフェン環の2位と5位が結合したHT結合体の重合体中における割合は50質量%以上が好ましく、さらに好ましくは70質量%以上、特に90質量%以上のものが好ましい。   Of these, poly-3-alkylthiophenes and poly-3-alkoxythiophenes are preferable. Regarding polythiophene having a substituent at the 3-position, anisotropy occurs depending on the direction of bonding at the 2,5-position of the thiophene ring. In polymerization of 3-substituted thiophene, those in which the 2-positions of the thiophene ring are bonded to each other (HH conjugate: head-to-head), those in which the 2-position and 5-position are bonded (HT conjugate: head-to-tail) It becomes a mixture of those in which 5-positions are bonded (TT conjugate: tail-to-tail), but the higher the ratio of those in which 2-position and 5-position are bonded (HT conjugate), the more the polymer main chain The planarity is improved, a π-π stacking structure between polymers is easily formed, and it is preferable for facilitating the movement of charges. The proportion of these bonding modes can be measured by H-NMR. The proportion of the HT conjugate in which the 2-position and 5-position of the thiophene ring are bonded in the polymer is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and particularly preferably 90% by mass or more.

より具体的に、チオフェン環に置換基が導入されたモノマーから導かれる繰り返し単位を含む共役系高分子、及びチオフェン環を含む縮合多環構造を有するモノマーから導かれる繰り返し単位を含む共役系高分子として、下記の化合物が例示できる。なお下記式中、nは10以上の整数を示す。   More specifically, a conjugated polymer including a repeating unit derived from a monomer having a substituent introduced into a thiophene ring, and a conjugated polymer including a repeating unit derived from a monomer having a condensed polycyclic structure including a thiophene ring. The following compounds can be exemplified as: In the following formula, n represents an integer of 10 or more.

Figure 2013098299
Figure 2013098299

ピロール系化合物及びその誘導体から導かれる繰り返し単位を有する共役系高分子としては、下記の化合物が例示できる。なお下記式中、nは10以上の整数を示す。   Examples of the conjugated polymer having a repeating unit derived from a pyrrole compound and a derivative thereof include the following compounds. In the following formula, n represents an integer of 10 or more.

Figure 2013098299
Figure 2013098299

アニリン系化合物及びその誘導体から導かれる繰り返し単位を有する共役系高分子としては、下記の化合物が例示できる。なお下記式中、nは10以上の整数を示す。   Examples of the conjugated polymer having a repeating unit derived from an aniline compound and a derivative thereof include the following compounds. In the following formula, n represents an integer of 10 or more.

Figure 2013098299
Figure 2013098299

アセチレン系化合物及びその誘導体から導かれる繰り返し単位を有する共役系高分子としては、下記の化合物が例示できる。なお下記式中、nは10以上の整数を示す。   Examples of the conjugated polymer having a repeating unit derived from an acetylene compound and a derivative thereof include the following compounds. In the following formula, n represents an integer of 10 or more.

Figure 2013098299
Figure 2013098299

p−フェニレン系化合物及びその誘導体から導かれる繰り返し単位を有する共役系高分子としては、下記の化合物が例示できる。なお下記式中、nは10以上の整数を示す。   Examples of the conjugated polymer having a repeating unit derived from a p-phenylene compound and a derivative thereof include the following compounds. In the following formula, n represents an integer of 10 or more.

Figure 2013098299
Figure 2013098299

p−フェニレンビニレン系化合物及びその誘導体から導かれる繰り返し単位を有する共役系高分子としては、下記の化合物が例示できる。なお下記式中、nは10以上の整数を示す。   Examples of the conjugated polymer having a repeating unit derived from a p-phenylene vinylene compound and derivatives thereof include the following compounds. In the following formula, n represents an integer of 10 or more.

Figure 2013098299
Figure 2013098299

p−フェニレンエチニレン系化合物及びその誘導体から導かれる繰り返し単位を有する共役系高分子としては、下記の化合物が例示できる。なお下記式中、nは10以上の整数を示す。   Examples of the conjugated polymer having a repeating unit derived from a p-phenylene ethynylene compound and a derivative thereof include the following compounds. In the following formula, n represents an integer of 10 or more.

Figure 2013098299
Figure 2013098299

上記以外の化合物及びその誘導体から導かれる繰り返し単位を有する共役系高分子としては、下記の化合物が例示できる。なお下記式中、nは10以上の整数を示す。   Examples of the conjugated polymer having a repeating unit derived from a compound other than the above and derivatives thereof include the following compounds. In the following formula, n represents an integer of 10 or more.

Figure 2013098299
Figure 2013098299

上記共役系高分子のなかでも、直鎖状の共役系高分子を用いることが好ましい。このような直鎖状の共役系高分子は、例えば、ポリチオフェン系高分子、ポリピロール系高分子の場合、各モノマーのチオフェン環又はピロール環が、それぞれ2,5位で結合することにより得られる。ポリ−p−フェニレン系高分子、ポリ−p−フェニレンビニレン系高分子、ポリ−p−フェニレンエチニレン系高分子では、各モノマーのフェニレン基がパラ位(1,4位)で結合することにより得られる。   Among the conjugated polymers, it is preferable to use a linear conjugated polymer. For example, in the case of a polythiophene polymer or a polypyrrole polymer, such a linear conjugated polymer is obtained by bonding the thiophene ring or pyrrole ring of each monomer at the 2,5-positions. In poly-p-phenylene polymer, poly-p-phenylene vinylene polymer, and poly-p-phenylene ethynylene polymer, the phenylene group of each monomer is bonded at the para position (1, 4 position). can get.

本発明で用いる導電性高分子は、上述の繰り返し単位(以下、この繰り返し単位を与えるモノマーを「第1のモノマー(群)」とも称する)を1種単独で有しても、2種以上を組合わせて有していてもよい。また、第1のモノマーに加えて、他の構造を有するモノマー(以下、「第2のモノマー」と称する)から導かれる繰り返し単位を、併せて有していてもよい。複数種の繰り返し単位からなる高分子の場合、ブロック共重合体であっても、ランダム共重合体であっても、グラフト重合体であってもよい。   The conductive polymer used in the present invention may have one or more of the above-mentioned repeating units (hereinafter, the monomer giving this repeating unit is also referred to as “first monomer (group)”). You may have in combination. Further, in addition to the first monomer, a repeating unit derived from a monomer having another structure (hereinafter referred to as “second monomer”) may be included. In the case of a polymer composed of a plurality of types of repeating units, it may be a block copolymer, a random copolymer, or a graft polymer.

上記第1のモノマーと併用される、他の構造を有する第2のモノマーとしては、フルオレニレン基、カルバゾール基、ジベンゾ[b,d]シロール基、チエノ[3,2−b]チオフェン基、チエノ[2,3−c]チオフェン基、ベンゾ[1,2−b;4,5−b’]ジチオフェン基、シクロペンタ[2,1−b;3,4−b’]ジチオフェン基、ピロロ[3,4−c]ピロール−1,4(2H,5H)−ジオン基、ベンゾ[2,1,3]チアジアゾール−4,8−ジイル基、アゾ基、1,4−フェニレン基、5H−ジベンゾ[b、d]シロール基、チアゾール基、イミダゾール基、ピロロ[3,4−c]ピロール−1,4(2H、5H)−ジオン基、オキサジアゾール基、チアジアゾール基、トリアゾール基等を有する化合物、及びこれらの化合物にさらに置換基を導入した誘導体が挙げられる。導入する置換基としては、上述した置換基と同様のものが挙げられる。   Examples of the second monomer having another structure used in combination with the first monomer include a fluorenylene group, a carbazole group, a dibenzo [b, d] silole group, a thieno [3,2-b] thiophene group, and a thieno [ 2,3-c] thiophene group, benzo [1,2-b; 4,5-b ′] dithiophene group, cyclopenta [2,1-b; 3,4-b ′] dithiophene group, pyrrolo [3,4] -C] pyrrole-1,4 (2H, 5H) -dione group, benzo [2,1,3] thiadiazole-4,8-diyl group, azo group, 1,4-phenylene group, 5H-dibenzo [b, d] Compounds having a silole group, a thiazole group, an imidazole group, a pyrrolo [3,4-c] pyrrole-1,4 (2H, 5H) -dione group, an oxadiazole group, a thiadiazole group, a triazole group, and the like of Derivatives obtained by introducing a substituent group to the compound and the like. Examples of the substituent to be introduced include the same substituents as described above.

本発明で用いる導電性高分子は、第1のモノマー群から選択された1種又は複数種のモノマーから導かれる繰り返し単位を導電性高分子中、合計で50質量%以上有していることが好ましく、70質量%以上有していることがより好ましく、第1のモノマー群から選択された1種又は複数種のモノマーから導かれる繰り返し単位のみからなることが更に好ましい。特に好ましくは、第1のモノマー群から選択された単一の繰り返し単位のみからなる共役系高分子である。   The conductive polymer used in the present invention has a total of 50% by mass or more of repeating units derived from one or more monomers selected from the first monomer group in the conductive polymer. Preferably, it is more preferably 70% by mass or more, and further preferably consists of only a repeating unit derived from one or more types of monomers selected from the first monomer group. Particularly preferred is a conjugated polymer comprising only a single repeating unit selected from the first monomer group.

第1のモノマー群のなかでも、チオフェン系化合物及び/又はその誘導体から導かれる繰り返し単位を含むポリチオフェン系高分子がより好ましく用いられる。特に、下記の構造式(1)〜(5)で表されるチオフェン環、又はチオフェン環含有縮合芳香環構造を繰り返し単位として有するポリチオフェン系高分子が好ましい。   Among the first monomer group, a polythiophene polymer containing a repeating unit derived from a thiophene compound and / or a derivative thereof is more preferably used. In particular, a polythiophene polymer having a thiophene ring represented by the following structural formulas (1) to (5) or a thiophene ring-containing condensed aromatic ring structure as a repeating unit is preferable.

Figure 2013098299
Figure 2013098299

上記構造式(1)〜(5)中、R〜R11はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、パーフルオロアルキル基、パーフルオロアルコキシ基、アミノ基、チオエーテル基、ポリエチレンオキシ基、エステル基を表し、Yは炭素原子又は窒素原子を表し、nは1または2の整数を表す。また*は、各繰り返し単位の連結部位を表す。 In the structural formulas (1) to (5), R 1 to R 11 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, a perfluoroalkyl group, a perfluoroalkoxy group, an amino group, a thioether group, or polyethylene. An oxy group and an ester group are represented, Y represents a carbon atom or a nitrogen atom, and n represents an integer of 1 or 2. Moreover, * represents the connection part of each repeating unit.

導電性高分子の分子量は特に限定されず、高分子量のものはもちろん、それ未満の分子量のオリゴマー(例えば重量平均分子量1000〜10000程度)であってもよい。
導電性の観点から、導電性高分子は、酸、光、熱に対して分解されにくいものが好ましい。また、高い導電性を得るためには、導電性高分子の長い共役鎖を介した分子内のキャリア伝達、及び分子間のキャリアホッピングが必要となる。そのためには、導電性高分子の分子量がある程度大きいことが好ましく、この観点から、本発明で用いる導電性高分子の分子量は、重量平均分子量で5000以上であることが好ましく、7000〜300,000であることがより好ましく、8000〜100,000であることがさらに好ましい。当該重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により測定できる。
The molecular weight of the conductive polymer is not particularly limited, and may be a high molecular weight oligomer or an oligomer having a lower molecular weight (for example, a weight average molecular weight of about 1000 to 10,000).
From the viewpoint of conductivity, the conductive polymer is preferably one that is not easily decomposed by acid, light, and heat. In order to obtain high conductivity, intramolecular carrier transmission and intermolecular carrier hopping through a long conjugated chain of a conductive polymer are required. For this purpose, the molecular weight of the conductive polymer is preferably large to some extent. From this viewpoint, the molecular weight of the conductive polymer used in the present invention is preferably 5000 or more in terms of weight average molecular weight, and is preferably 7000 to 300,000. It is more preferable that it is 8000-100,000. The weight average molecular weight can be measured by gel permeation chromatography (GPC).

これらの導電性高分子は、構成単位である上記モノマーを通常の酸化重合法により重合させて製造できる。
また、市販品を用いることもでき、例えば、アルドリッチ社製のポリ(3−ヘキシルチオフェン−2,5ージイル) レジオレギュラー品が挙げられる。
These conductive polymers can be produced by polymerizing the above monomer as a constituent unit by a usual oxidative polymerization method.
Moreover, a commercial item can also be used, for example, the poly (3-hexyl thiophene-2,5-diyl) regioregular product made from an Aldrich company is mentioned.

本発明に用いる導電性高分子のガラス転移温度(Tg)に特に制限はないが、Tgが150℃以下、好ましくは50〜130℃の高分子を用いることで、導電率異方性をより効率的に付与することができる。Tgは、動的粘弾性測定装置(SIIナノテクノロジー社製、DMS6100)を用いて、引張モードにてマイナス50℃〜200℃まで昇温速度5℃/分で昇温しながら、周波数1ヘルツにて測定した。測定データのTanδの最も高温側にあるピークトップの温度がTgの値である。   Although there is no restriction | limiting in particular in the glass transition temperature (Tg) of the conductive polymer used for this invention, Conductivity anisotropy is made more efficient by using the polymer whose Tg is 150 degrees C or less, Preferably it is 50-130 degreeC. Can be granted. Using a dynamic viscoelasticity measuring device (SII Nanotechnology, DMS6100), Tg is raised to minus 50 ° C. to 200 ° C. at a heating rate of 5 ° C./min. Measured. The temperature of the peak top on the highest temperature side of Tan δ of the measurement data is the value of Tg.

本発明の熱電変換材料中の導電性高分子の含有量は、全固形分中、30〜90質量%であることが好ましく、35〜80質量%であることがより好ましく、40〜70質量%であることが特に好ましい。   The content of the conductive polymer in the thermoelectric conversion material of the present invention is preferably 30 to 90% by mass, more preferably 35 to 80% by mass, and more preferably 40 to 70% by mass in the total solid content. It is particularly preferred that

[カーボンナノチューブ]
カーボンナノチューブ(CNT)には、1枚の炭素膜(グラフェン・シート)が円筒状に巻かれた単層CNT、2枚のグラフェン・シートが同心円状に巻かれた2層CNT、及び複数のグラフェン・シートが同心円状に巻かれた多層CNTがある。本発明においては、単層CNT、2層CNT、多層CNTを各々単独で用いてもよく、2種以上を併せて用いてもよい。特に、導電性及び半導体特性において優れた性質を持つ単層CNT及び2層CNTを用いることが好ましく、単層CNTを用いることがより好ましい。
単層CNTは、半導体性のものであっても、金属性のものであってもよく、両者を併せて用いてもよい。半導体性CNTと金属性CNTとを両方を用いる場合、熱電変換材料中の両者の含有比率は、用途に応じて適宜調整することができる。また、CNTには金属などが内包されていてもよく、フラーレン等の分子が内包されたものを用いてもよい。なお、本発明の熱電変換材料には、CNTの他に、カーボンナノホーン、カーボンナノコイル、カーボンナノビーズなどのナノカーボンが含まれてもよい。
[carbon nanotube]
The carbon nanotube (CNT) includes a single-walled CNT in which a single carbon film (graphene sheet) is wound in a cylindrical shape, a double-walled CNT in which two graphene sheets are wound in a concentric shape, and a plurality of graphenes There is a multilayer CNT in which sheets are wound concentrically. In the present invention, single-walled CNTs, double-walled CNTs, and multilayered CNTs may be used alone, or two or more kinds may be used in combination. In particular, it is preferable to use single-walled CNT and double-walled CNT having excellent properties in terms of conductivity and semiconductor properties, and more preferably single-walled CNT.
Single-walled CNTs may be semiconducting or metallic, and both may be used in combination. When both semiconducting CNT and metallic CNT are used, the content ratio of both in the thermoelectric conversion material can be appropriately adjusted according to the application. The CNT may contain a metal or the like, or may contain a molecule such as fullerene. The thermoelectric conversion material of the present invention may contain nanocarbons such as carbon nanohorns, carbon nanocoils, and carbon nanobeads in addition to CNTs.

CNTはアーク放電法、化学気相成長法(以下、CVD法という)、レーザー・アブレーション法等によって製造することができる。本発明に用いられるCNTは、いずれの方法によって得られたものであってもよいが、好ましくはアーク放電法及びCVD法により得られたものである。
CNTを製造する際には、同時にフラーレンやグラファイト、非晶性炭素が副生成物として生じ、また、ニッケル、鉄、コバルト、イットリウムなどの触媒金属も残存する。これらの不純物を除去するために、精製を行うことが好ましい。CNTの精製方法は特に限定されないが、硝酸、硫酸等による酸処理、超音波処理が不純物の除去には有効である。併せて、フィルターによる分離除去を行うことも、純度を向上させる観点からより好ましい。
CNT can be produced by an arc discharge method, a chemical vapor deposition method (hereinafter referred to as a CVD method), a laser ablation method, or the like. The CNT used in the present invention may be obtained by any method, but is preferably obtained by an arc discharge method and a CVD method.
When producing CNTs, fullerene, graphite, and amorphous carbon are simultaneously generated as by-products, and catalyst metals such as nickel, iron, cobalt, and yttrium remain. In order to remove these impurities, purification is preferably performed. The method for purifying CNTs is not particularly limited, but acid treatment with nitric acid, sulfuric acid, etc., and ultrasonic treatment are effective for removing impurities. In addition, it is more preferable to perform separation and removal using a filter from the viewpoint of improving purity.

精製の後、得られたCNTをそのまま用いることもできる。また、CNTは一般に紐状で生成されるため、用途に応じて所望の長さにカットして用いてもよい。例えば、半導体用途に用いる場合は、素子電極間の短絡を防ぐために、素子電極間の距離よりも短いCNTを使用することが好ましい。CNTは、硝酸、硫酸等による酸処理、超音波処理、凍結粉砕法などにより短繊維状にカットすることができる。また、併せてフィルターによる分離を行うことも、純度を向上させる観点から好ましい。
本発明においては、カットしたCNTだけではなく、あらかじめ短繊維状に作製したCNTも同様に使用できる。このような短繊維状CNTは、例えば、基板上に鉄、コバルトなどの触媒金属を形成し、その表面にCVD法により700〜900℃で炭素化合物を熱分解してCNTを気相成長させることによって、基板表面に垂直方向に配向した形状で得られる。このようにして作製された短繊維状CNTは基板から剥ぎ取るなどの方法で取り出すことができる。また、短繊維状CNTはポーラスシリコンのようなポーラスな支持体や、アルミナの陽極酸化膜上に触媒金属を担持させ、その表面にCNTをCVD法にて成長させることもできる。触媒金属を分子内に含む鉄フタロシアニンのような分子を原料とし、アルゴン/水素のガス流中でCVDを行うことによって基板上にCNTを作製する方法でも配向した短繊維状のCNTを作製することもできる。さらには、SiC単結晶表面にエピタキシャル成長法によって配向した短繊維状CNTを得ることもできる。
After purification, the obtained CNT can be used as it is. Moreover, since CNT is generally produced in a string shape, it may be cut into a desired length depending on the application. For example, when used for semiconductor applications, it is preferable to use CNT shorter than the distance between element electrodes in order to prevent short circuit between element electrodes. CNTs can be cut into short fibers by acid treatment with nitric acid, sulfuric acid or the like, ultrasonic treatment, freeze pulverization method or the like. In addition, it is also preferable to perform separation using a filter from the viewpoint of improving purity.
In the present invention, not only cut CNTs but also CNTs produced in the form of short fibers in advance can be used in the same manner. Such short fibrous CNTs, for example, form a catalytic metal such as iron or cobalt on a substrate and thermally decompose carbon compounds on the surface at 700 to 900 ° C. by CVD to grow CNTs in a vapor phase. Thus, a shape oriented in the direction perpendicular to the substrate surface is obtained. The short fiber CNTs thus produced can be taken out by a method such as peeling off from the substrate. In addition, the short fibrous CNTs can be obtained by supporting a catalytic metal on a porous support such as porous silicon or an anodic oxide film of alumina and growing the CNTs on the surface by the CVD method. Using oriented molecules such as iron phthalocyanine containing a catalytic metal in the molecule as a raw material and producing CNTs on a substrate by performing CVD in an argon / hydrogen gas flow, producing oriented short fiber CNTs You can also. Furthermore, it is also possible to obtain short fiber CNTs oriented on the SiC single crystal surface by an epitaxial growth method.

本発明で用いるCNTの平均長さは特に限定されず、組成物の用途に応じて適宜選択することができる。例えば、本発明の導電性組成物を半導体用途に用いる場合、電極間距離にもよるが、製造容易性、成膜性、導電性等の観点から、CNTの平均長さが0.01μm以上1000μm以下であることが好ましく、0.1μm以上100μm以下であることがより好ましい。   The average length of the CNTs used in the present invention is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the use of the composition. For example, when the conductive composition of the present invention is used for semiconductor applications, the average length of CNTs is 0.01 μm or more and 1000 μm from the viewpoints of manufacturability, film formability, conductivity, etc., depending on the distance between electrodes. Or less, more preferably 0.1 μm or more and 100 μm or less.

本発明で用いるCNTの直径は特に限定されないが、耐久性、透明性、成膜性、導電性等の観点から、0.4nm以上100nm以下であることが好ましく、より好ましくは50nm以下、さらに好ましくは15nm以下である。   The diameter of the CNT used in the present invention is not particularly limited, but is preferably 0.4 nm or more and 100 nm or less, more preferably 50 nm or less, and still more preferably, from the viewpoint of durability, transparency, film formability, conductivity, and the like. Is 15 nm or less.

本発明の熱電変換材料中のCNTの含有量は、全固形分中、2〜40質量%であることが好ましく、5〜35質量%であることがより好ましく、8〜30質量%であることが特に好ましい。   The content of CNT in the thermoelectric conversion material of the present invention is preferably 2 to 40% by mass, more preferably 5 to 35% by mass, and 8 to 30% by mass in the total solid content. Is particularly preferred.

[オニウム塩化合物]
本発明の熱電変換材料はオニウム塩化合物を含有し、当該オニウム塩化合物により熱電変換材料の導電性を飛躍的に向上させることができる。導電性が向上するメカニズムの詳細はまだ定かではないが、オニウム塩化合物が、上記CNT及び/又は導電性高分子に対し、適宜に光や熱などのエネルギーを外部から付与し活性化させた状態で、酸化能を発現する。このような酸化の過程で酸を発生し、発生した酸がドーパントとして作用するものと考えられる。ドーパントによって、導電性高分子、及び導電性高分子とCNT間の電荷移動がよりスムーズになるため、導電性が向上する。
従来のドーピング手法では、プロトン酸やルイス酸などの酸をドーパントとして用いるため、熱電変換材料用組成物中に酸を添加した時点でCNTや導電性高分子が凝集・析出・沈殿を生じてしまう。このような組成物では塗布性や成膜性が劣り、その結果、得られる熱電変換材料の導電性も低下していた。また、得られた膜は脆弱で展性に劣り、加工に制限があった。
本発明のオニウム塩化合物は中性であり、CNTや導電性高分子を凝集・析出・沈殿させることがない。また、光や熱などのエネルギー付与により酸が発生する化合物でもあり、酸発生の開始時期をコントロールすることができる。酸を発生させない条件下で熱電変換材料用組成物を調製して凝集を防止し、良好な分散性・塗布性を維持したまま当該組成物を成形することができる。また、この成形品はより展性に富み、延伸処理や摩擦転写等の引っ張りや押圧によって分子を配向させても破断やクラックが生じにくく、導電率異方性の付与を高い再現性で行うことができ、歩留まりがよい。これらの工程を経た後に適宜エネルギー付与を行ってドーピングすれば、より優れた導電性に伴う高い熱電変換特性を備えた熱電変換材料を調製できる。
[Onium salt compound]
The thermoelectric conversion material of the present invention contains an onium salt compound, and the onium salt compound can dramatically improve the conductivity of the thermoelectric conversion material. Although the details of the mechanism for improving the conductivity are not yet clear, the onium salt compound is activated by appropriately applying energy such as light and heat from the outside to the CNT and / or conductive polymer. And expresses oxidizing ability. It is considered that an acid is generated during the oxidation process, and the generated acid acts as a dopant. The dopant improves the conductivity because the conductive polymer and the charge transfer between the conductive polymer and the CNT become smoother.
In the conventional doping technique, an acid such as a protonic acid or a Lewis acid is used as a dopant. Therefore, when an acid is added to the composition for a thermoelectric conversion material, CNT and a conductive polymer aggregate, precipitate, and precipitate. . In such a composition, applicability | paintability and film-forming property were inferior, As a result, the electroconductivity of the thermoelectric conversion material obtained also fell. Further, the obtained film was fragile and inferior in malleability, and processing was limited.
The onium salt compound of the present invention is neutral and does not aggregate, precipitate, or precipitate CNTs or conductive polymers. It is also a compound that generates an acid when energy such as light and heat is applied, and the start timing of acid generation can be controlled. A composition for a thermoelectric conversion material can be prepared under conditions that do not generate an acid to prevent aggregation, and the composition can be molded while maintaining good dispersibility and coating properties. In addition, this molded product is more malleable, and even if the molecules are oriented by pulling or pressing such as stretching or friction transfer, breakage and cracking are unlikely to occur, and conductivity anisotropy should be imparted with high reproducibility. And yield is good. If doping is performed by appropriately applying energy after passing through these steps, a thermoelectric conversion material having high thermoelectric conversion characteristics associated with better conductivity can be prepared.

本発明で用いるオニウム塩化合物は、CNT及び/又は導電性高分子に対し、酸化能を有する化合物であることが好ましい。さらに、本発明で用いるオニウム塩化合物は、光や熱などのエネルギーの付与により酸を発生する化合物(酸発生剤)であることが好ましい。エネルギー付与の方法としては、後述するような活性エネルギー線の照射や加熱が挙げられる。   The onium salt compound used in the present invention is preferably a compound having an oxidizing ability with respect to CNT and / or a conductive polymer. Furthermore, the onium salt compound used in the present invention is preferably a compound (acid generator) that generates an acid upon application of energy such as light or heat. Examples of the energy application method include irradiation with active energy rays and heating as described later.

このようなオニウム塩化合物として、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、アンモニウム塩、カルボニウム塩、ホスホニウム塩等が挙げられる。なかでも、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、アンモニウム塩、カルボニウム塩が好ましく、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、カルボニウム塩がより好ましく、スルホニウム塩、ヨードニウム塩が特に好ましい。当該塩を構成するアニオン部分としては、強酸の対アニオンが挙げられる。   Examples of such onium salt compounds include sulfonium salts, iodonium salts, ammonium salts, carbonium salts, phosphonium salts, and the like. Of these, sulfonium salts, iodonium salts, ammonium salts and carbonium salts are preferable, sulfonium salts, iodonium salts and carbonium salts are more preferable, and sulfonium salts and iodonium salts are particularly preferable. Examples of the anion moiety constituting the salt include a strong acid counter anion.

具体的には、スルホニウム塩としては下記一般式(I)及び(II)で表される化合物が、ヨードニウム塩としては下記一般式(III)で表される化合物が、アンモニウム塩としては下記一般式(IV)で表される化合物が、カルボニウム塩としては下記一般式(V)で表される化合物がそれぞれ挙げられ、本発明において好ましく用いられる。   Specifically, compounds represented by the following general formulas (I) and (II) are used as sulfonium salts, compounds represented by the following general formula (III) are used as iodonium salts, and the following general formulas are used as ammonium salts. Examples of the compound represented by (IV) and the carbonium salt include compounds represented by the following general formula (V), which are preferably used in the present invention.

Figure 2013098299
Figure 2013098299

上記一般式(I)〜(V)中、R21〜R23、R25〜R26及びR31〜R33は、それぞれ独立に直鎖、分岐又は環状のアルキル基、アラルキル基、アリール基、芳香族へテロ環基を表す。R27〜R30は、それぞれ独立に水素原子、直鎖、分岐又は環状のアルキル基、アラルキル基、アリール基、芳香族へテロ環基、アルコキシ基、アリールオキシ基を表す。R24は、直鎖、分岐又は環状のアルキレン基、アリーレン基を示す。R21〜R33は、さらに置換基を有してもよい。Xは、強酸のアニオンを表す。
一般式(I)においてR21〜R23のいずれか2つの基が、一般式(II)においてR21及びR23が、一般式(III)においてR25及びR26が、一般式(IV)においてR27〜R30のいずれか2つの基が、一般式(V)においてR31〜R33のいずれか2つの基が、それぞれ結合して脂肪族環、芳香族環、ヘテロ環を形成してもよい。
In the general formulas (I) to (V), R 21 to R 23 , R 25 to R 26 and R 31 to R 33 are each independently a linear, branched or cyclic alkyl group, an aralkyl group, an aryl group, Represents an aromatic heterocyclic group. R 27 to R 30 each independently represent a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group, an aralkyl group, an aryl group, an aromatic heterocyclic group, an alkoxy group, or an aryloxy group. R 24 represents a linear, branched or cyclic alkylene group or an arylene group. R 21 to R 33 may further have a substituent. X represents an anion of a strong acid.
Any two groups of R 21 to R 23 in the general formula (I) is, R 21 and R 23 in the general formula (II) is, the R 25 and R 26 in formula (III), general formula (IV) Any two groups of R 27 to R 30 are bonded to any two groups of R 31 to R 33 in the general formula (V) to form an aliphatic ring, an aromatic ring, or a heterocyclic ring. May be.

21〜R23、R25〜R33において、直鎖又は分岐のアルキル基としては、炭素数1〜20のアルキル基が好ましく、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、ドデシル基などが挙げられる。
環状アルキル基としては、炭素数3〜20のアルキル基が好ましく、具体的には、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ビシクロオクチル基、ノルボルニル基、アダマンチル基などが挙げられる。
アラルキル基としては、炭素数7〜15のアラルキル基が好ましく、具体的には、ベンジル基、フェネチル基などが挙げられる。
アリール基としては、炭素数6〜20のアリール基が好ましく、具体的には、フェニル基、ナフチル基、アントラニル基、フェナンシル基、ピレニル基などが挙げられる。
芳香族へテロ環基としては、ピリジル基、ピラゾール基、イミダゾール基、ベンゾイミダゾール基、インドール基、キノリン基、イソキノリン基、プリン基、ピリミジン基、オキサゾール基、チアゾール基、チアジン基等が挙げられる。
In R 21 to R 23 and R 25 to R 33 , the linear or branched alkyl group is preferably an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, specifically, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, n- A butyl group, a sec-butyl group, a t-butyl group, a hexyl group, an octyl group, a dodecyl group, and the like can be given.
The cyclic alkyl group is preferably an alkyl group having 3 to 20 carbon atoms, and specific examples include a cyclopropyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, a bicyclooctyl group, a norbornyl group, an adamantyl group, and the like.
As the aralkyl group, an aralkyl group having 7 to 15 carbon atoms is preferable, and specific examples include a benzyl group and a phenethyl group.
As the aryl group, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms is preferable, and specific examples include a phenyl group, a naphthyl group, an anthranyl group, a phenanthyl group, and a pyrenyl group.
Examples of the aromatic heterocyclic group include pyridyl group, pyrazole group, imidazole group, benzimidazole group, indole group, quinoline group, isoquinoline group, purine group, pyrimidine group, oxazole group, thiazole group, thiazine group and the like.

27〜R30において、アルコキシ基としては、炭素数1〜20の直鎖又は分岐のアルコキシ基が好ましく、具体的には、メトキシ基、エトキシ基、iso−プロポキシ基、ブトキシ基、ヘキシルオキシ基などが挙げられる。
アリールオキシ基としては、炭素数6〜20のアリールオキシ基が好ましく、具体的には、フェノキシ基、ナフチルオキシ基などが挙げられる。
In R 27 to R 30 , the alkoxy group is preferably a linear or branched alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, specifically, a methoxy group, an ethoxy group, an iso-propoxy group, a butoxy group, or a hexyloxy group. Etc.
The aryloxy group is preferably an aryloxy group having 6 to 20 carbon atoms, and specific examples include a phenoxy group and a naphthyloxy group.

24において、アルキレン基としては、炭素数2〜20のアルキレン基が好ましく、具体的には、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、へキシレン基などが挙げられる。環状アルキレン基としては、炭素数3〜20の環状アルキレン基が好ましく、具体的には、シクロペンチレン基、シクロへキシレン、ビシクロオクチレン基、ノルボニレン基、アダマンチレン基などが挙げられる。
アリーレン基としては、炭素数6〜20のアリーレン基が好ましく、具体的には、フェニレン基、ナフチレン基、アントラニレン基などが挙げられる。
In R 24 , the alkylene group is preferably an alkylene group having 2 to 20 carbon atoms, and specific examples include an ethylene group, a propylene group, a butylene group, and a hexylene group. The cyclic alkylene group is preferably a C 3-20 cyclic alkylene group, and specific examples include a cyclopentylene group, cyclohexylene, bicyclooctylene group, norbornylene group, adamantylene group and the like.
As the arylene group, an arylene group having 6 to 20 carbon atoms is preferable, and specific examples include a phenylene group, a naphthylene group, and an anthranylene group.

21〜R33が更に置換基を有する場合、置換基として好ましくは、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数1〜4のアルコキシ基、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、沃素原子)、炭素数6〜10のアリール基、炭素数6〜10のアリールオキシ基、炭素数2〜6のアルケニル基、シアノ基、ヒドロキシル基、カルボキシ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アルキルカルボニルアルキル基、アリールカルボニルアルキル基、ニトロ基、アルキルスルホニル基、トリフルオロメチル基、−S−R41などが挙げられる。なお、R41は、前記R21と同義である。 When R 21 to R 33 further have a substituent, the substituent is preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, a halogen atom (a fluorine atom, a chlorine atom, an iodine atom), Aryl group having 6 to 10 carbon atoms, aryloxy group having 6 to 10 carbon atoms, alkenyl group having 2 to 6 carbon atoms, cyano group, hydroxyl group, carboxy group, acyl group, alkoxycarbonyl group, alkylcarbonylalkyl group, aryl A carbonylalkyl group, a nitro group, an alkylsulfonyl group, a trifluoromethyl group, —S—R 41 and the like can be mentioned. R 41 has the same meaning as R 21 .

としては、アリールスルホン酸のアニオン、パーフルオロアルキルスルホン酸のアニオン、過ハロゲン化ルイス酸のアニオン、パーフルオロアルキルスルホンイミドのアニオン、過ハロゲン酸アニオン、又は、アルキル若しくはアリールボレートアニオンが好ましい。これらは、さらに置換基を有してもよく、置換基としてはフルオロ基が挙げられる。
アリールスルホン酸のアニオンとして具体的には、p−CHSO 、PhSO 、ナフタレンスルホン酸のアニオン、ナフトキノンスルホン酸のアニオン、ナフタレンジスルホン酸のアニオン、アントラキノンスルホン酸のアニオンが挙げられる。
パーフルオロアルキルスルホン酸のアニオンとして具体的には、CFSO 、CSO 、C17SO が挙げられる。
過ハロゲン化ルイス酸のアニオンとして具体的には、PF 、SbF 、BF 、AsF 、FeCl が挙げられる。
パーフルオロアルキルスルホンイミドのアニオンとして具体的には、CFSO−N−SOCF、CSO−N−SOが挙げられる。
過ハロゲン酸アニオンとして具体的には、ClO 、BrO 、IO が挙げられる。
アルキル若しくはアリールボレートアニオンとして具体的には、(C、(C、(p−CH、(CF)が挙げられる。
としてより好ましくは、過ハロゲン化ルイス酸のアニオン、フルオロ基が置換したアルキル若しくはアリールボレートアニオンであり、さらに好ましくはフルオロ置換アリールボレートアニオンであり、特に好ましくはペンタフルオロフェニルボレートアニオンである。
X is preferably an anion of an aryl sulfonic acid, an anion of a perfluoroalkyl sulfonic acid, an anion of a perhalogenated Lewis acid, an anion of a perfluoroalkylsulfonimide, a perhalogenate anion, or an alkyl or aryl borate anion. These may further have a substituent, and examples of the substituent include a fluoro group.
Specific examples of anions of aryl sulfonic acids include p-CH 3 C 6 H 4 SO 3 , PhSO 3 , naphthalene sulfonic acid anions, naphthoquinone sulfonic acid anions, naphthalenedisulfonic acid anions, anthraquinone sulfonic acid anions Is mentioned.
Specific examples of the anion of perfluoroalkylsulfonic acid include CF 3 SO 3 , C 4 F 9 SO 3 , and C 8 F 17 SO 3 .
Specific examples of the anion of the perhalogenated Lewis acid include PF 6 , SbF 6 , BF 4 , AsF 6 , and FeCl 4 .
Specific examples of the anion of perfluoroalkylsulfonimide include CF 3 SO 2 —N SO 2 CF 3 and C 4 F 9 SO 2 —N SO 2 C 4 F 9 .
Specific examples of the perhalogenate anion include ClO 4 , BrO 4 and IO 4 .
Specific examples of the alkyl or aryl borate anion include (C 6 H 5 ) 4 B , (C 6 F 5 ) 4 B , (p-CH 3 C 6 H 4 ) 4 B , (C 6 H 4 F) 4 B -, and the like.
X - is more preferably an anion of perhalogenated Lewis acid, a fluoro group is an alkyl or aryl borate anions were replaced, more preferably fluoro substituted aryl borate anions, particularly preferably a pentafluorophenyl borate anion.

オニウム塩の具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Specific examples of the onium salt are shown below, but the present invention is not limited thereto.

Figure 2013098299
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Figure 2013098299
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Figure 2013098299
Figure 2013098299

なお、上記具体例中のXは、PF 、SbF 、CFSO 、CHPhSO 、BF 、(C、RfSO 、(C、又は下記式で表されるアニオン In the above specific examples, X represents PF 6 , SbF 6 , CF 3 SO 3 , CH 3 PhSO 3 , BF 4 , (C 6 H 5 ) 4 B , RfSO 3 , ( C 6 F 5 ) 4 B , or an anion represented by the following formula

Figure 2013098299
Figure 2013098299

を表し、Rfは任意の置換基を有するパーフルオロアルキル基を示す。 Rf represents a perfluoroalkyl group having an optional substituent.

本発明においては、特に下記一般式(VI)又は(VII)で表されるオニウム塩化合物が好ましい。   In the present invention, an onium salt compound represented by the following general formula (VI) or (VII) is particularly preferable.

Figure 2013098299
Figure 2013098299

一般式(VI)中、Yは炭素原子又は硫黄原子を表し、Arはアリール基を表し、Ar〜Arは、それぞれ独立にアリール基、芳香族へテロ環基を表す。Ar〜Arは、さらに置換されていてもよい。
Arとしては、好ましくはフルオロ置換アリール基であり、より好ましくはペンタフルオロフェニル基、又は少なくとも1つのパーフルオロアルキル基で置換されたフェニル基であり、特に好ましくはペンタフルオロフェニル基である。
Ar〜Arのアリール基、芳香族へテロ環基は、上述のR21〜R23、R25〜R33のアリール基、芳香族へテロ環基と同義であり、好ましくはアリール基であり、より好ましくはフェニル基である。これらの基は、さらに置換されていてもよく、置換基としては上述のR21〜R33の置換基が挙げられる。
In general formula (VI), Y represents a carbon atom or a sulfur atom, Ar 1 represents an aryl group, and Ar 2 to Ar 4 each independently represents an aryl group or an aromatic heterocyclic group. Ar 1 to Ar 4 may be further substituted.
Ar 1 is preferably a fluoro-substituted aryl group, more preferably a pentafluorophenyl group or a phenyl group substituted with at least one perfluoroalkyl group, and particularly preferably a pentafluorophenyl group.
The aryl group and aromatic heterocyclic group of Ar 2 to Ar 4 have the same meanings as the aryl group and aromatic heterocyclic group of R 21 to R 23 and R 25 to R 33 described above, preferably an aryl group. Yes, more preferably a phenyl group. These groups may be further substituted, and examples of the substituent include the above-described substituents R 21 to R 33 .

Figure 2013098299
Figure 2013098299

一般式(VII)中、Arはアリール基を表し、Ar及びArは、それぞれ独立にアリール基、芳香族へテロ環基を表す。Ar、Ar及びArは、さらに置換されていてもよい。
Arは、上記一般式(VI)のArと同義であり、好ましい範囲も同様である。
Ar及びArは、上記一般式(VI)のAr〜Arと同義であり、好ましい範囲も同様である。
In General Formula (VII), Ar 1 represents an aryl group, and Ar 5 and Ar 6 each independently represent an aryl group or an aromatic heterocyclic group. Ar 1 , Ar 5 and Ar 6 may be further substituted.
Ar 1 has the same meaning as Ar 1 in the general formula (VI), and the preferred range is also the same.
Ar 5 and Ar 6 are synonymous with Ar 2 to Ar 4 in the general formula (VI), and preferred ranges thereof are also the same.

上記オニウム塩化合物は、通常の化学合成により製造することができる。また、市販の試薬等を用いることもできる。
オニウム塩化合物の合成方法の一実施態様を下記に示すが、本発明はこれに限定されるものではない。他のオニウム塩に関しても、同様の手法により合成する事ができる。
トリフェニルスルホニウムブロミド(東京化成製)2.68g、リチウム テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート−エチルエ−テルコンプレックス(東京化成製)5.00g、およびエタノール146mlを500ml容三口フラスコに入れ、室温にて2時間撹拌した後、純水200mlを添加し、析出した白色固形物を濾過により分取する。この白色固体を純水およびエタノールにて洗浄および真空乾燥することにより、オニウム塩としてトリフェニルスルホニウム テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート6.18gを得ることができる。
The said onium salt compound can be manufactured by normal chemical synthesis. Moreover, a commercially available reagent etc. can also be used.
One embodiment of the method for synthesizing the onium salt compound is shown below, but the present invention is not limited thereto. Other onium salts can be synthesized by the same method.
2.68 g of triphenylsulfonium bromide (manufactured by Tokyo Chemical Industry), 5.00 g of lithium tetrakis (pentafluorophenyl) borate-ethyl ether complex (manufactured by Tokyo Chemical Industry), and 146 ml of ethanol were placed in a 500 ml three-necked flask and 2 at room temperature. After stirring for a period of time, 200 ml of pure water is added, and the precipitated white solid is collected by filtration. By washing the white solid with pure water and ethanol and vacuum drying, 6.18 g of triphenylsulfonium tetrakis (pentafluorophenyl) borate can be obtained as an onium salt.

オニウム塩化合物は、1種類単独で又は2種類以上を組み合わせて使用することができる。オニウム塩化合物の含有量は、ドーピング効果の観点から、導電性高分子100質量部に対して1質量部以上であることが好ましく、より好ましく2〜50質量部、さらに好ましくは5〜40質量部である。   An onium salt compound can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types. The content of the onium salt compound is preferably 1 part by mass or more, more preferably 2 to 50 parts by mass, and further preferably 5 to 40 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the conductive polymer from the viewpoint of the doping effect. It is.

[その他のドーパント]
本発明の熱電変換材料は、ドーパントとして、上記オニウム塩化合物の他に、ハロゲン、ルイス酸、プロトン酸、遷移金属化合物、電解質アニオン等の酸化剤や、ポリリン酸、ヒドロキシ化合物、カルボキシ化合物、スルホン酸化合物等の酸性化合物を含有してもよい。これらの酸化剤や酸性化合物は、導電性高分子やCNTが著しい凝集を生じない範囲の量で用いる。好ましくは熱電変換材料の固形分中、総量で0〜10質量%であり、より好ましくは0〜5質量%である。
[Other dopants]
In addition to the above onium salt compounds, the thermoelectric conversion material according to the present invention includes oxidizing agents such as halogens, Lewis acids, proton acids, transition metal compounds, electrolyte anions, polyphosphoric acid, hydroxy compounds, carboxy compounds, sulfonic acids. You may contain acidic compounds, such as a compound. These oxidizing agents and acidic compounds are used in amounts that do not cause significant aggregation of the conductive polymer or CNT. Preferably, the total amount in the solid content of the thermoelectric conversion material is 0 to 10% by mass, and more preferably 0 to 5% by mass.

[熱励起アシスト剤]
本発明の熱電変換材料は熱励起アシスト剤を含有してもよい。熱励起アシスト剤を含有せしめることで、熱起電力をより向上させることができる。
本発明の熱電変換材料に用いる熱励起アシスト剤とは、導電性高分子のLUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital;最低空軌道)よりもエネルギー準位の低いLUMOを有する化合物であって、導電性高分子にドープ準位を形成しない化合物をいう。一方、本発明の熱電変換材料に含まれるオニウム塩化合物はドーパントであり、導電性高分子にドープ準位を形成する化合物である。
導電性高分子にドープ準位が形成されるか否かは吸収スペクトルの測定により評価でき、本発明におけるドープ準位を形成する化合物及びドープ準位を形成しない化合物とは、下記の方法によって評価されたものをいう。
−ドープ準位形成の有無の評価法−
ドーピング前の導電性高分子Aと別成分Bとを重量比1:1で混合し、薄膜化したサンプルの吸収スペクトルを観測する。その結果、導電性高分子A単独又は成分B単独の吸収ピークとは異なる新たな吸収ピークが発生し、且つこの新たな吸収ピーク波長が導電性高分子Aの吸収極大波長よりも長波長側である場合にドープ準位が発生したと判断する。この場合、成分Bをドーパントと定義する。
[Thermal excitation assist agent]
The thermoelectric conversion material of the present invention may contain a thermal excitation assist agent. By including a thermal excitation assist agent, the thermoelectromotive force can be further improved.
The thermal excitation assisting agent used for the thermoelectric conversion material of the present invention is a compound having a LUMO having a lower energy level than LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital) of a conductive polymer, Refers to a compound that does not form a doped level. On the other hand, the onium salt compound contained in the thermoelectric conversion material of the present invention is a dopant and a compound that forms a doped level in a conductive polymer.
Whether or not a doped level is formed in a conductive polymer can be evaluated by measuring an absorption spectrum. In the present invention, a compound that forms a doped level and a compound that does not form a doped level are evaluated by the following method. It means what was done.
-Evaluation method for the presence or absence of doped level formation-
The conductive polymer A before doping and the separate component B are mixed at a weight ratio of 1: 1, and the absorption spectrum of the thinned sample is observed. As a result, a new absorption peak different from the absorption peak of the conductive polymer A alone or the component B alone is generated, and this new absorption peak wavelength is longer than the absorption maximum wavelength of the conductive polymer A. In some cases, it is determined that a doping level has occurred. In this case, component B is defined as a dopant.

熱励起アシスト剤のLUMOは、導電性高分子のLUMOよりもエネルギー準位が低く、導電性高分子のHOMO(Highest Occupied Molecular Orbital;最高被占軌道)から発生した熱励起電子のアクセプター準位として機能する。
さらに、導電性高分子のHOMOのエネルギー準位の絶対値と熱励起アシスト剤のLUMOのエネルギー準位の絶対値とが下記数式(I)を満たす関係にあるとき、熱電変換材料は優れた熱起電力を備えたものとなる。

数式(I)
0.1eV≦|導電性高分子のHOMO|−|熱励起アシスト剤のLUMO|≦1.9eV
LUMO, a thermal excitation assist agent, has a lower energy level than LUMO of conductive polymer, and acceptor level of thermally excited electrons generated from HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) of conductive polymer. Function.
Furthermore, when the absolute value of the HOMO energy level of the conductive polymer and the absolute value of the LUMO energy level of the thermal excitation assisting agent satisfy the following formula (I), the thermoelectric conversion material is excellent in heat. Equipped with an electromotive force.

Formula (I)
0.1eV ≦ | HOMO of conductive polymer | − | LUMO of thermal excitation assist agent | ≦ 1.9eV

上記数式(I)は、熱励起アシスト剤のLUMOと導電性高分子のHOMOとのエネルギー差を表し、これが0.1eVよりも小さい場合(熱励起アシスト剤のLUMOのエネルギー準位が導電性高分子のHOMOのエネルギー準位よりも低い場合を含む)、導電性高分子のHOMO(ドナー)と熱励起アシスト剤のLUMO(アクセプター)との間の電子移動の活性化エネルギーが非常に小さくなるため、導電性高分子と熱励起アシスト剤との間で酸化還元反応が起きて凝集が発生してしまう。その結果、材料の成膜性の悪化や導電率の悪化を招くこととなる。逆に、両軌道のエネルギー差が1.9eVよりも大きい場合、当該エネルギー差が熱励起エネルギーよりも遙かに大きくなってしまうために熱励起キャリアがほとんど発生しない、すなわち熱励起アシスト剤の添加効果がほとんどなくなってしまう。熱電変換材料の熱起電力が向上には、両軌道のエネルギー差が上記数式(I)の範囲内であることが必要である。
なお、導電性高分子及び熱励起アシスト剤のHOMO及びLUMOのエネルギー準位は、HOMOエネルギーレベルに関しては、単一の各成分の塗布膜(ガラス基板)をそれぞれ作製し、光電子分光法によりHOMO準位を測定できる。LUMO準位に関しては、紫外可視分光光度計を用いてバンドギャップを測定した後、上記で測定したHOMOエネルギーに加えることにより、LUMOエネルギーを算出できる。本発明において導電性高分子及び熱励起アシスト剤のHOMO及びLUMOのエネルギー準位は、当該方法により測定・算出された値を用いる。
The above formula (I) represents the energy difference between the LUMO of the thermal excitation assist agent and the HOMO of the conductive polymer. When this is smaller than 0.1 eV (the LUMO energy level of the thermal excitation assist agent is a conductive polymer) The activation energy of the electron transfer between the HOMO (donor) of the conductive polymer and the LUMO (acceptor) of the thermal excitation assist agent is extremely small, including the case where the energy level is lower than the HOMO energy level of Aggregation occurs due to an oxidation-reduction reaction between the conductive polymer and the thermal excitation assist agent. As a result, the film formability of the material is deteriorated and the conductivity is deteriorated. Conversely, when the energy difference between the two orbits is larger than 1.9 eV, the energy difference becomes much larger than the thermal excitation energy, so that almost no thermally excited carriers are generated, that is, the effect of adding the thermal excitation assist agent Is almost gone. In order to improve the thermoelectromotive force of the thermoelectric conversion material, it is necessary that the energy difference between both orbits be within the range of the above formula (I).
Note that the HOMO and LUMO energy levels of the conductive polymer and the thermal excitation assist agent are as follows. For the HOMO energy level, a single coating film (glass substrate) of each component is prepared and the HOMO level is determined by photoelectron spectroscopy. The position can be measured. Regarding the LUMO level, the LUMO energy can be calculated by measuring the band gap using an ultraviolet-visible spectrophotometer and then adding it to the HOMO energy measured above. In the present invention, as the HOMO and LUMO energy levels of the conductive polymer and the thermal excitation assist agent, values measured and calculated by the method are used.

熱励起アシスト剤により熱励起効率が向上し、熱励起キャリア数が増加するため、材料の熱起電力が向上する。この原理は、導電性高分子のドーピング効果によって熱電変換性能を向上させるものとは異なる。
熱電変換材料はゼーベック効果を利用して熱電変換を行うものであるが、その熱電変換性能を表す指標として、下記数式(A)で表される性能指数ZTが用いられている。

ZT=S・σ・T/κ (A)
S(V/K):熱起電力(ゼーベック係数) σ(S/m):導電率
κ(W/mK):熱伝導率 T(K):絶対温度
The thermal excitation assisting agent improves the thermal excitation efficiency and increases the number of thermally excited carriers, thereby improving the thermoelectromotive force of the material. This principle is different from that for improving the thermoelectric conversion performance by the doping effect of the conductive polymer.
The thermoelectric conversion material performs thermoelectric conversion using the Seebeck effect, and a performance index ZT represented by the following mathematical formula (A) is used as an index representing the thermoelectric conversion performance.

ZT = S 2 · σ · T / κ (A)
S (V / K): Thermoelectromotive force (Seebeck coefficient) σ (S / m): Conductivity
κ (W / mK): Thermal conductivity T (K): Absolute temperature

上記数式(A)から、熱電変換材料の熱電変換性能を高めるためには、材料のゼーベック係数S及び導電率σを大きくし、熱伝導率κを小さくすればよいことがわかる。なお、ゼーベック係数は、絶対温度1Kあたりの熱起電力である。   From the above formula (A), it can be seen that in order to improve the thermoelectric conversion performance of the thermoelectric conversion material, the Seebeck coefficient S and the conductivity σ of the material should be increased and the thermal conductivity κ should be decreased. The Seebeck coefficient is a thermoelectromotive force per 1 K absolute temperature.

熱励起アシスト剤の使用によりゼーベック係数を高めることで、熱電変換性能を向上させることができる。熱励起アシスト剤を用いた場合には、熱励起によって発生した電子がアクセプター準位である熱励起アシスト剤のLUMOに存在するため、導電性高分子上の正孔と熱励起アシスト剤上の電子とが物理的に離れて存在している。そのため、導電性高分子のドープ準位が熱励起によって発生した電子によって飽和されにくくなり、ゼーベック係数をより高めることができる。   Thermoelectric conversion performance can be improved by increasing the Seebeck coefficient by using a thermal excitation assist agent. When the thermal excitation assist agent is used, the electrons generated by thermal excitation exist in the LUMO of the thermal excitation assist agent, which is the acceptor level, so the holes on the conductive polymer and the electrons on the thermal excitation assist agent And exist physically apart. Therefore, the doped level of the conductive polymer is less likely to be saturated with electrons generated by thermal excitation, and the Seebeck coefficient can be further increased.

熱励起アシスト剤としては、ベンゾチアジアゾール骨格、ベンゾチアゾール骨格、ジチエノシロール骨格、シクロペンタジチオフェン骨格、チエノチオフェン骨格、チオフェン骨格、フルオレン骨格、及びフェニレンビニレン骨格から選ばれる少なくとも1種の構造を含む高分子化合物、フラーレン系化合物、フタロシアニン系化合物、ペリレンジカルボキシイミド系化合物、又はテトラシアノキノジメタン系化合物が好ましく、ベンゾチアジアゾール骨格、ベンゾチアゾール骨格、ジチエノシロール骨格、シクロペンタジチオフェン骨格、及びチエノチオフェン骨格から選ばれる少なくとも1種の構造を含む高分子化合物、フラーレン系化合物、フタロシアニン系化合物、ペリレンジカルボキシイミド系化合物、又はテトラシアノキノジメタン系化合物がより好ましい。   As the thermal excitation assist agent, a polymer containing at least one structure selected from a benzothiadiazole skeleton, a benzothiazole skeleton, a dithienosilol skeleton, a cyclopentadithiophene skeleton, a thienothiophene skeleton, a thiophene skeleton, a fluorene skeleton, and a phenylene vinylene skeleton Compounds, fullerene compounds, phthalocyanine compounds, perylene dicarboxyimide compounds, or tetracyanoquinodimethane compounds are preferred, and are from benzothiadiazole skeleton, benzothiazole skeleton, dithienosilole skeleton, cyclopentadithiophene skeleton, and thienothiophene skeleton. Polymer compound, fullerene compound, phthalocyanine compound, perylene dicarboxyimide compound, or tetracyanoquinodime containing at least one selected structure Emissions-based compounds are more preferable.

上述の特徴を満たす熱励起アシスト剤の具体例として下記のものが例示できるが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、下記の例示化合物中、nは整数(好ましくは10以上の整数)を、Meはメチル基を表す。   Although the following can be illustrated as a specific example of the thermal excitation assist agent which satisfy | fills the above-mentioned characteristic, this invention is not limited to these. In the following exemplary compounds, n represents an integer (preferably an integer of 10 or more), and Me represents a methyl group.

Figure 2013098299
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Figure 2013098299
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Figure 2013098299
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本発明の熱電変換材料には上記熱励起アシスト剤を1種単独で又は2種以上組合わせて使用することができる。
熱電変換材料中の熱励起アシスト剤の含有量は、全固形分中、0〜40質量%であることが好ましく、3〜30質量%であることがより好ましく、5〜25質量%であることが特に好ましい。
In the thermoelectric conversion material of the present invention, the above thermal excitation assisting agent can be used alone or in combination of two or more.
The content of the thermal excitation assisting agent in the thermoelectric conversion material is preferably 0 to 40% by mass, more preferably 3 to 30% by mass, and 5 to 25% by mass in the total solid content. Is particularly preferred.

[溶媒]
本発明の熱電変換材料は、通常には、熱電変換材料用組成物を基材等に塗布、成膜し、乾燥後に導電率異方性を付与したものであり、又は熱電変換材料用組成物よりなるペレットを基材上に摩擦転写し、乾燥させたものである。したがって、通常は溶媒を含有しないが、本発明の効果を損なわい程度で上記組成物由来の溶媒が含有されていてもよい。
熱電変換材料用組成物に含まれうる溶媒としては、例えば、水、有機溶媒、及びこれらの混合溶媒が挙げられる。好ましくは有機溶媒であり、アルコール、クロロホルムなどのハロゲン系溶媒、DMF、NMP、DMSOなどの極性の有機溶媒、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、ベンゼン、トルエン、キシレン、ピリジンなどの芳香族系溶媒、シクロヘキサノン、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン系溶媒、ジエチルエーテル、THF、t−ブチルメチルエーテル、ジメトキシエタン、ジグリムなどのエーテル系溶媒等が好ましく使用される。
本発明の熱電変換材料中、溶媒の含有量は、10質量%以下であることが好ましく、0〜5質量%であることがより好ましい。
[solvent]
The thermoelectric conversion material of the present invention is usually a composition obtained by applying a composition for a thermoelectric conversion material to a substrate, forming a film, and imparting conductivity anisotropy after drying, or a composition for a thermoelectric conversion material The pellet made of this is friction-transferred onto a substrate and dried. Therefore, although it usually does not contain a solvent, the solvent derived from the composition may be contained to such an extent that the effects of the present invention are not impaired.
As a solvent which can be contained in the composition for thermoelectric conversion materials, water, an organic solvent, and these mixed solvents are mentioned, for example. Preferred are organic solvents, halogen solvents such as alcohol and chloroform, polar organic solvents such as DMF, NMP, and DMSO, aromatic solvents such as chlorobenzene, dichlorobenzene, benzene, toluene, xylene, and pyridine, cyclohexanone, and acetone Preferably, ketone solvents such as methyl ethyl ketone, ether solvents such as diethyl ether, THF, t-butyl methyl ether, dimethoxyethane, and diglyme are used.
In the thermoelectric conversion material of the present invention, the content of the solvent is preferably 10% by mass or less, and more preferably 0 to 5% by mass.

[他の成分]
本発明の熱電変換材料は上記成分の他に、酸化防止剤、対光安定剤、耐熱安定剤、可塑剤等を適宜含有してもよい。これらの成分の含有量は、熱電変換材料中5質量%以下であることが好ましく、0〜2質量%であることがより好ましい。
酸化防止剤としては、イルガノックス1010(日本チガバイギー製)、スミライザーGA−80(住友化学工業(株)製)、スミライザーGS(住友化学工業(株)製)、スミライザーGM(住友化学工業(株)製)等が挙げられる。
耐光安定剤としては、TINUVIN 234(BASF製)、CHIMASSORB 81(BASF製)、サイアソーブUV−3853(サンケミカル製)等が挙げられる。
耐熱安定剤としては、IRGANOX 1726(BASF製)が挙げられる。
可塑剤としては、アデカサイザーRS(アデカ製)等が挙げられる。
[Other ingredients]
The thermoelectric conversion material of the present invention may appropriately contain an antioxidant, a light stabilizer, a heat stabilizer, a plasticizer and the like in addition to the above components. The content of these components is preferably 5% by mass or less, and more preferably 0 to 2% by mass in the thermoelectric conversion material.
Antioxidants include Irganox 1010 (manufactured by Cigabi Nippon), Sumilizer GA-80 (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), Sumilizer GS (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), Sumilizer GM (Sumitomo Chemical Industries, Ltd.) Manufactured) and the like.
Examples of the light-resistant stabilizer include TINUVIN 234 (manufactured by BASF), CHIMASSORB 81 (manufactured by BASF), and Siasorb UV-3385 (manufactured by Sun Chemical).
IRGANOX 1726 (made by BASF) is mentioned as a heat stabilizer.
Examples of the plasticizer include Adeka Sizer RS (manufactured by Adeka).

[熱電変換材料]
本発明の熱電変換材料は、当該材料中に含有されうる各成分を溶媒中に混合した熱電変換材料用組成物を調製し、これを成形し、必要により乾燥後、導電率異方性を付与して調製することができる。上記成形は、基材上に上記熱電変換材料用組成物を塗布して成膜する工程を含むことが好ましい。これにより、上記基材上に本発明の熱電変換材料を得ることができる。導電率異方性は導電性高分子を特定の方向に配向させることで付与することができる。ここで、導電率異方性とは、測定する方向によって導電率が異なる性質であり、後述する実施例に記載の方法で測定・算出した値である。導電率異方性を示す熱電変換材料では、導電性高分子が配向する方向に向けた導電率が上昇する。したがって、同一素材からなる材料であって導電率異方性を示さないものに比べて、特定方向への導電率を大きく向上させることができる。導電率異方性の付与は、延伸処理、摩擦転写、ラビング配向法、光配向法、液晶鋳型配向法等の手法を用いて行うことができ、詳細は後述する。
導電率異方性の付与は、導電性高分子やCNTの酸化・凝集が抑えられた状況下で行うことが好ましい。したがって、材料に導電率異方性を付与するまでは、ドーピングのための外部エネルギーの付与を行わないことが好ましい。
本発明の熱電変換材料において、当該導電率異方性は1.5〜10であり、1.7〜8であることが好ましく、2〜7であることがより好ましく、2.3〜6であることがさらに好ましい。
上記熱電変換材料用組成物の調製方法に特に制限はなく、通常の混合装置等を用いて常温常圧下で行うことができる。例えば、各成分を溶媒中で撹拌、振とうして溶解又は分散させて調製すればよい。また、溶解や分散を促進するため超音波処理を行ってもよい。
[Thermoelectric conversion material]
The thermoelectric conversion material of the present invention is a thermoelectric conversion material composition prepared by mixing each component that can be contained in the material in a solvent, molded, and if necessary, dried to give conductivity anisotropy. Can be prepared. The molding preferably includes a step of forming a film by applying the composition for a thermoelectric conversion material on a substrate. Thereby, the thermoelectric conversion material of this invention can be obtained on the said base material. The conductivity anisotropy can be imparted by orienting the conductive polymer in a specific direction. Here, the conductivity anisotropy is a property in which the conductivity varies depending on the direction of measurement, and is a value measured and calculated by the method described in Examples described later. In the thermoelectric conversion material exhibiting conductivity anisotropy, the conductivity increases in the direction in which the conductive polymer is oriented. Therefore, the conductivity in a specific direction can be greatly improved as compared with a material made of the same material that does not exhibit conductivity anisotropy. The conductivity anisotropy can be imparted using techniques such as stretching treatment, friction transfer, rubbing alignment method, photo-alignment method, liquid crystal template alignment method, and the details will be described later.
The conductivity anisotropy is preferably imparted in a state where oxidation and aggregation of the conductive polymer and CNT are suppressed. Therefore, it is preferable not to apply external energy for doping until conductivity anisotropy is imparted to the material.
In the thermoelectric conversion material of the present invention, the conductivity anisotropy is 1.5 to 10, preferably 1.7 to 8, more preferably 2 to 7, and 2.3 to 6. More preferably it is.
There is no restriction | limiting in particular in the preparation method of the said composition for thermoelectric conversion materials, It can carry out under normal temperature normal pressure using a normal mixing apparatus etc. For example, each component may be prepared by dissolving or dispersing in a solvent by stirring and shaking. In addition, ultrasonic treatment may be performed to promote dissolution and dispersion.

[熱電変換積層体]
本発明の熱電変換積層体は、少なくとも基材と、該基材上に設けられた本発明の熱電変換材料とを備える。本発明の熱電変換積層体は、例えば、基材上に上記の熱電変換材料用組成物を塗布するなどして成膜又はシート状に成形し、必要により乾燥させた後、導電率異方性を付与して調製することができる。また、本発明の熱電変換積層体は、熱電変換材料用組成物からなるペレットを調製し、これを基材上に摩擦転写することで所望の導電率異方性を付与して得ることもできる。
[Thermoelectric conversion laminate]
The thermoelectric conversion laminated body of this invention is equipped with the base material and the thermoelectric conversion material of this invention provided on this base material at least. The thermoelectric conversion laminate of the present invention is formed into a film or a sheet by, for example, applying the above composition for a thermoelectric conversion material on a substrate, and dried as necessary, and then the conductivity anisotropy. Can be prepared. The thermoelectric conversion laminate of the present invention can also be obtained by preparing pellets made of the composition for thermoelectric conversion materials and imparting desired conductivity anisotropy by friction transfer onto the pellets. .

上記延伸処理及び摩擦転写の方法、並びにこれらに用いる基材(熱電変換材料の調製に用いる基材、熱電変換積層体を構成する基材)について以下に説明する。   The stretching process and friction transfer method, and the base materials (base materials used for preparing the thermoelectric conversion material and base materials constituting the thermoelectric conversion laminate) used for these will be described below.

(延伸処理)
導電率異方性を付与するための延伸処理は、導電率異方性を付与できれば特に制限はなく、1軸延伸であっても2軸延伸であってもよい。延伸温度はTg〜(Tg+50℃)が好ましく、さらに好ましくは(Tg+5℃)〜(Tg+20℃)である。好ましい延伸倍率は少なくとも一方に1.5〜10倍、より好ましくは2〜6倍である。一方の延伸倍率を他方より大きくして延伸するほうがより高い導電率異方性が得られるため、小さい方の延伸倍率は1〜5倍が好ましく、より好ましくは1〜2倍であり、大きいほうの延伸倍率は1.5〜10倍が好ましく、より好ましくは2〜6倍である。これらの延伸は1段で実施しても、多段で実施してもよい。ここでいう延伸倍率は、延伸方向に向けて延伸前の長さを1としたときの延伸後の長さである。
このような延伸はニップロール、テンター等を用いて実施することが好ましい。また、特開2000−37772号公報、特開2001−113591号公報、特開2002−103445号公報に記載の同時2軸延伸法を用いてもよい。
(Extension process)
The stretching treatment for imparting conductivity anisotropy is not particularly limited as long as the conductivity anisotropy can be imparted, and may be uniaxial stretching or biaxial stretching. The stretching temperature is preferably Tg to (Tg + 50 ° C.), more preferably (Tg + 5 ° C.) to (Tg + 20 ° C.). A preferable draw ratio is 1.5 to 10 times, more preferably 2 to 6 times at least in one side. Since higher conductivity anisotropy is obtained when one of the stretching ratios is larger than the other, the smaller stretching ratio is preferably 1 to 5 times, more preferably 1 to 2 times, and the larger one. The draw ratio is preferably 1.5 to 10 times, more preferably 2 to 6 times. These stretching operations may be performed in one stage or in multiple stages. The stretching ratio here is the length after stretching when the length before stretching is 1 in the stretching direction.
Such stretching is preferably performed using a nip roll, a tenter or the like. Moreover, you may use the simultaneous biaxial stretching method as described in Unexamined-Japanese-Patent No. 2000-37772, Unexamined-Japanese-Patent No. 2001-113591, and Unexamined-Japanese-Patent No. 2002-103445.

延伸処理は、基材上に熱電変換材料用組成物を塗布して形成させた膜、又はシートを、基材と共に延伸することで行うことができる。これにより、延伸された基材上に本発明の熱電変換材料を得ることができる。また、基材と共に延伸した積層体そのものは、本発明の熱電変換積層体として用いられる。   The stretching treatment can be performed by stretching a film or sheet formed by applying the composition for thermoelectric conversion material on the substrate together with the substrate. Thereby, the thermoelectric conversion material of this invention can be obtained on the extended base material. Moreover, the laminated body itself extended | stretched with the base material is used as a thermoelectric conversion laminated body of this invention.

(摩擦転写)
導電率異方性を付与するための摩擦転写は、例えば、特開2008−150584号公報等に記載の通常の方法で行うことができる。例えば、熱電変換材料用組成物からなる、表面を平滑にしたペレットを調製し、このペレットを均一な圧力で基材に押しつけ移動させる。これにより、基材上に本発明の熱電変換材料を得ることができる。また、基材と基材上に得られた本発明の熱電変換材料とを併せて、本発明の熱電変換積層体として用いることができる。ペレットを基材に押しつける力やペレットの移動速度などの条件は、ペレットの性質や必要とする材料の形状を考慮して、事前に検討して決定すればよい。
(Friction transfer)
Friction transfer for imparting conductivity anisotropy can be performed by a normal method described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-150584. For example, a pellet having a smooth surface made of a composition for a thermoelectric conversion material is prepared, and the pellet is pressed against a substrate with a uniform pressure and moved. Thereby, the thermoelectric conversion material of this invention can be obtained on a base material. Moreover, it can use as a thermoelectric conversion laminated body of this invention combining the base material and the thermoelectric conversion material of this invention obtained on the base material. Conditions such as the force for pressing the pellet against the substrate and the moving speed of the pellet may be determined in advance by considering the properties of the pellet and the shape of the required material.

(基材)
本発明の熱電変換積層体における基材に特に制限はないが、塗布、成膜後に加熱や光照射を行う場合は、これらの刺激による影響を受けにくい基材を選択することが好ましい。本発明で使用可能な基材としては、ガラス、透明セラミックス、金属、プラスチックフィルムなどの基板が挙げられる。ガラス、透明セラミックスは、金属、プラスチックフィルムに比べ、柔軟性に欠ける。また、金属とプラスチックフィルムを価格的に比べると、プラスチックフィルムの方が安価であり、柔軟性を有するので好ましい。
このような観点から、本発明の基材としては、樹脂フィルムが好ましく、特に、ポリエステル系樹脂(以下、適宜、「ポリエステル」と称する)、ポリシクロオレフィン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリスルフィド系樹脂が好ましい。ポリエステルとしては、芳香族二塩基酸又はそのエステル形成性誘導体とジオール又はそのエステル形成性誘導体とから合成される線状飽和ポリエステルが好ましい。
(Base material)
Although there is no restriction | limiting in particular in the base material in the thermoelectric conversion laminated body of this invention, When heating and light irradiation are performed after application | coating and film-forming, it is preferable to select the base material which is hard to be influenced by these irritation | stimulation. Examples of the substrate that can be used in the present invention include substrates such as glass, transparent ceramics, metals, and plastic films. Glass and transparent ceramics lack flexibility compared to metal and plastic films. Further, when the metal and the plastic film are compared in price, the plastic film is preferable because it is less expensive and has flexibility.
From such a viewpoint, as the base material of the present invention, a resin film is preferable, and in particular, a polyester resin (hereinafter, appropriately referred to as “polyester”), a polycycloolefin resin, a polyimide resin, a polycarbonate resin, Polyether resins and polysulfide resins are preferred. The polyester is preferably a linear saturated polyester synthesized from an aromatic dibasic acid or an ester-forming derivative thereof and a diol or an ester-forming derivative thereof.

本発明に用い得る樹脂フィルムの具体例としては、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等のポリオレフィン系樹脂又はこれらの変性物若しくは誘導体、汎用ポリスチレン、耐衝撃性ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ブタジエン−スチレン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリメチルアクリレート、ナイロン6、ナイロン66等のポリアミド系樹脂、ポリカーボネート、アクリロニトリル又はこれらの変成物若しくは誘導体等、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンイソフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ(1,4−シクロヘキシレンジメチレンテレフタレート)、ポリエチレン−2,6−フタレンジカルボキシレート、ビスフェノールAとイソ及びテレフタル酸のポリエステルフィルム等のポリエステルフィルム、製品名ゼオノアフィルム(日本ゼオン社製)、アートンフィルム(JSR社製)、スミライトFS1700(住友ベークライト社製)等のポリシクロオレフィンフィルム、製品名カプトン(東レ・デュポン社製)、アピカル(カネカ社製)、ユービレックス(宇部興産社製)、ポミラン(荒川化学社製)等のポリイミドフィルム、製品名ピュアエース(帝人化成社製)、エルメック(カネカ社製)等のポリカーボネートフィルム、製品名スミライトFS1100(住友ベークライト社製)等のポリエーテルエーテルケトンフィルム、製品名トレリナ(東レ社製)等のポリフェニルスルフィドフィルム等が挙げられる。使用条件や環境により適宜選択させるが入手の容易性、好ましくは100℃以上の耐熱性、経済性及び効果の観点から、市販のポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、各種ポリイミドやポリカーボネートフィルム等が好ましい。また、可塑性の観点からは、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレートが好適である。   Specific examples of the resin film that can be used in the present invention include polyolefin resins such as high-density polyethylene, low-density polyethylene, linear low-density polyethylene, polypropylene, and polybutene, or modified products or derivatives thereof, general-purpose polystyrene, and impact-resistant polystyrene. , Acrylonitrile-styrene copolymers, butadiene-styrene copolymers, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers, polyamide resins such as polymethyl acrylate, nylon 6 and nylon 66, polycarbonate, acrylonitrile, modified products or derivatives thereof, etc. , Polyethylene terephthalate, polyethylene isophthalate, polyethylene naphthalate, polybutylene terephthalate, poly (1,4-cyclohexylenedimethylene terephthalate), polyethylene -2,6-phthalenedicarboxylate, polyester film such as polyester film of bisphenol A and iso and terephthalic acid, product name ZEONOR film (manufactured by ZEON Corporation), ARTON film (manufactured by JSR Corporation), Sumilite FS1700 (Sumitomo Bakelite Corporation) Polycycloolefin films such as product name, Kapton (made by Toray DuPont), Apical (made by Kaneka), Ubilex (made by Ube Industries), Pomilan (made by Arakawa Chemical Co., Ltd.), etc. Polyphenyls such as Pure Ace (manufactured by Teijin Chemicals), Elmec (manufactured by Kaneka), polyether ether ketone films such as the product name Sumilite FS1100 (manufactured by Sumitomo Bakelite), and polyphenyls such as the product name Torelina (manufactured by Toray Industries, Inc.) Sulfide film etc. And the like. Although it is appropriately selected depending on the use conditions and environment, commercially available polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, various polyimides, polycarbonate films, and the like are preferable from the viewpoints of availability, preferably heat resistance of 100 ° C. or higher, economy, and effects. From the viewpoint of plasticity, polypropylene and polyethylene terephthalate are preferable.

基材は単一の材料からなる1層でもよいし、異なる材料からなる2層以上の構成を有してもよい。また、熱電変換材料との圧着面に各種電極材料を設けた基材も本発明の熱電変換積層体の基材として好適である。この電極材料としてはITO、ZnO等の透明電極、銀、銅、金、アルミニウムなどの金属電極、CNT、グラフェンなどの炭素材料、PEDOT/PSS等の有機材料等が使用できる。
本発明の熱電変換積層体における基材の厚みは50〜1000μmであることが好ましく、200〜800μmであることがより好ましい。
The substrate may be a single layer made of a single material, or may have a structure of two or more layers made of different materials. Moreover, the base material which provided various electrode materials in the crimping | compression-bonding surface with a thermoelectric conversion material is also suitable as a base material of the thermoelectric conversion laminated body of this invention. As this electrode material, transparent electrodes such as ITO and ZnO, metal electrodes such as silver, copper, gold, and aluminum, carbon materials such as CNT and graphene, organic materials such as PEDOT / PSS, and the like can be used.
The thickness of the base material in the thermoelectric conversion laminate of the present invention is preferably 50 to 1000 μm, and more preferably 200 to 800 μm.

延伸または摩擦転写等の導電率異方性付与処理を経て、本発明の熱電変換材料が設けられた基材は、後述する熱電変換素子の基材としてそのまま用いることができる。また、導電率異方性付与処理後に、基材上に得られた熱電変換材料を別の基材に転写し、この熱電変換材料が転写された基材を、後述する熱電変換素子の基材として用いても良い。その場合において、転写される基材としては、上記で説明した基材と同様のものを用いることができる。熱電変換材料の欠陥を抑制する観点から、上記転写は、100〜200℃程度の加熱下で行うことが好ましい。   The base material provided with the thermoelectric conversion material of the present invention after undergoing a conductivity anisotropy imparting process such as stretching or friction transfer can be used as it is as a base material of a thermoelectric conversion element described later. Further, after the treatment for imparting conductivity anisotropy, the thermoelectric conversion material obtained on the base material is transferred to another base material, and the base material on which the thermoelectric conversion material is transferred is used as a base material for a thermoelectric conversion element to be described later. It may be used as In that case, as the substrate to be transferred, the same substrate as described above can be used. From the viewpoint of suppressing defects in the thermoelectric conversion material, the transfer is preferably performed under heating at about 100 to 200 ° C.

導電率異方性を付与された熱電変換材料及び熱電変換積層体は、ドーピングのために加熱又は活性エネルギー線照射を行うことが好ましい。このように外部エネルギーを付与して得られる材料及び積層体は、本発明の熱電変換材料及び熱電変換積層体として特に好ましい。加熱又は活性エネルギー線照射によってオニウム塩化合物から酸が発生し、この酸が導電性高分子をプロトン化することにより導電性高分子が正の電荷でドーピング(p型ドーピング)される。
活性エネルギー線には、放射線や電磁波が包含され、放射線には粒子線(高速粒子線)と電磁放射線が包含される。粒子線としては、アルファ線(α線)、ベータ線(β線)、陽子線、電子線(原子核崩壊によらず加速器で電子を加速するものを指す)、重陽子線等の荷電粒子線、非荷電粒子線である中性子線、宇宙線等が挙げられ、電磁放射線としては、ガンマ線(γ線)、エックス線(X線、軟X線)が挙げられる。電磁波としては、電波、赤外線、可視光線、紫外線(近紫外線、遠紫外線、極紫外線)、X線、ガンマ線などがあげられる。本発明において用いる線種は特に限定されず、例えば、使用するオニウム塩化合物の極大吸収波長付近の波長を有する電磁波を適宜選べばよい。
これらの活性エネルギー線のうち、ドーピング効果および安全性の観点から好ましいのは紫外線、可視光線、赤外線であり、より好ましいのは紫外線である。具体的には240〜1100nm、好ましくは300〜850nm、より好ましくは350〜670nmに極大吸収を有する光線である。
It is preferable that the thermoelectric conversion material and the thermoelectric conversion laminate provided with conductivity anisotropy are heated or irradiated with active energy rays for doping. Thus, the material and laminated body obtained by providing external energy are especially preferable as the thermoelectric conversion material and thermoelectric conversion laminated body of the present invention. An acid is generated from the onium salt compound by heating or irradiation with active energy rays, and this acid protonates the conductive polymer, so that the conductive polymer is doped with a positive charge (p-type doping).
Active energy rays include radiation and electromagnetic waves, and radiation includes particle beams (high-speed particle beams) and electromagnetic radiation. Particle rays include alpha rays (α rays), beta rays (β rays), proton rays, electron rays (which accelerates electrons with an accelerator regardless of nuclear decay), charged particle rays such as deuteron rays, Examples of the electromagnetic radiation include gamma rays (γ rays) and X-rays (X rays, soft X rays). Examples of electromagnetic waves include radio waves, infrared rays, visible rays, ultraviolet rays (near ultraviolet rays, far ultraviolet rays, extreme ultraviolet rays), X-rays, and gamma rays. The line type used in the present invention is not particularly limited, and for example, an electromagnetic wave having a wavelength near the maximum absorption wavelength of the onium salt compound to be used may be appropriately selected.
Among these active energy rays, ultraviolet rays, visible rays, and infrared rays are preferable from the viewpoint of doping effect and safety, and ultraviolet rays are more preferable. Specifically, it is a light ray having a maximum absorption at 240 to 1100 nm, preferably 300 to 850 nm, more preferably 350 to 670 nm.

活性エネルギー線の照射には、放射線または電磁波照射装置が用いられる。照射する放射線または電磁波の波長は特に限定されず、使用するオニウム塩化合物の感応波長に対応する波長領域の放射線または電磁波を照射できるものを選べばよい。
放射線または電磁波を照射できる装置としては、LEDランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、DeepUVランプ、低圧UVランプなどの水銀ランプ、ハライドランプ、キセノンフラッシュランプ、メタルハライドランプ、ArFエキシマランプ、KrFエキシマランプなどのエキシマランプ、極端紫外光ランプ、電子ビーム、X線ランプを光源とする露光装置がある。紫外線照射は、通常の紫外線照射装置、例えば、市販の硬化/接着/露光用の紫外線照射装置(ウシオ電機株式会社SP9-250UB等)を用いて行うことができる。
露光時間及び光量は、用いるオニウム塩化合物の種類及びドーピング効果を考慮して適宜選択すればよい。具体的には、光量10mJ/cm〜10J/cm、好ましくは50mJ/cm〜5J/cmで行うことが挙げられる。
For irradiation with active energy rays, a radiation or electromagnetic wave irradiation device is used. The wavelength of the radiation or electromagnetic wave to be irradiated is not particularly limited, and a radiation or electromagnetic wave in a wavelength region corresponding to the sensitive wavelength of the onium salt compound to be used may be selected.
Equipment that can irradiate radiation or electromagnetic waves includes LED lamps, high-pressure mercury lamps, ultra-high-pressure mercury lamps, deep UV lamps, low-pressure UV lamps and other mercury lamps, halide lamps, xenon flash lamps, metal halide lamps, ArF excimer lamps, and KrF excimer lamps. There are exposure apparatuses that use an excimer lamp, an extreme ultraviolet lamp, an electron beam, or an X-ray lamp as a light source. The ultraviolet irradiation can be performed using a normal ultraviolet irradiation apparatus, for example, a commercially available ultraviolet irradiation apparatus for curing / adhesion / exposure (USHIO Inc. SP9-250UB, etc.).
The exposure time and the amount of light may be appropriately selected in consideration of the type of onium salt compound to be used and the doping effect. Specifically, the light intensity is 10 mJ / cm 2 to 10 J / cm 2 , preferably 50 mJ / cm 2 to 5 J / cm 2 .

熱によるドーピングは、熱電変換材料をオニウム塩化合物が酸を発生する温度以上で加熱すればよい。加熱温度として、好ましくは50℃〜200℃、より好ましくは70℃〜120℃である。加熱時間は、好ましくは5分〜3時間、より好ましくは15分〜1時間である。   The doping by heat may be performed by heating the thermoelectric conversion material at a temperature higher than the temperature at which the onium salt compound generates acid. The heating temperature is preferably 50 ° C to 200 ° C, more preferably 70 ° C to 120 ° C. The heating time is preferably 5 minutes to 3 hours, more preferably 15 minutes to 1 hour.

[熱電変換素子]
本発明の熱電変換材料は、高い熱電変換特性を備え、熱電変換素子用の材料として好適に用いることができる。
本発明の熱電変換素子は、本発明の熱電変換材料を用いてなるものであればよく、その構成については特に限定されないが、基材と、本発明の熱電変換材料を含む熱電変換層と、これらを電気的に接続する電極とを有していることが好ましい。本発明の熱電変換素子の構造の一例として、図1に示す素子(1)及び図2に示す素子(2)の構造が挙げられる。図1に示す素子(1)は、第1の基材(12)上に、第1の電極(13)及び第2の電極(15)を含む一対の電極と、該電極間に本発明の熱電変換材料の層(14)を備える素子である。第2の電極(15)は第2の基材(16)表面に配設されており、第1の基材(12)及び第2の基材(16)の外側には互いに対向して金属板(17)が配設される。図2に示す素子(2)は、第1の基材(22)上に、第1の電極(23)及び第2の電極(25)が配設され、その上に熱電変換材料の層(24)が設けられている。図1及び2中、矢印は、熱電変換素子の使用時における温度差の向きを示す。
[Thermoelectric conversion element]
The thermoelectric conversion material of the present invention has high thermoelectric conversion characteristics and can be suitably used as a material for a thermoelectric conversion element.
The thermoelectric conversion element of the present invention is not particularly limited as long as the thermoelectric conversion material of the present invention is used, and the configuration thereof is not particularly limited, and a base material, a thermoelectric conversion layer containing the thermoelectric conversion material of the present invention, It is preferable to have an electrode for electrically connecting them. Examples of the structure of the thermoelectric conversion element of the present invention include the structure of the element (1) shown in FIG. 1 and the element (2) shown in FIG. The element (1) shown in FIG. 1 includes a pair of electrodes including a first electrode (13) and a second electrode (15) on a first substrate (12), and the electrode of the present invention between the electrodes. An element comprising a layer (14) of thermoelectric conversion material. The second electrode (15) is disposed on the surface of the second base material (16), and the first base material (12) and the second base material (16) are arranged on the outer sides of the metal facing each other. A plate (17) is provided. In the element (2) shown in FIG. 2, a first electrode (23) and a second electrode (25) are disposed on a first base material (22), and a thermoelectric conversion material layer ( 24) is provided. 1 and 2, arrows indicate the direction of the temperature difference when the thermoelectric conversion element is used.

熱電変換層の形状や調製方法は特に限定されないが、本発明の熱電変換積層体を用い、これに含まれる熱電変換材料を熱電変換層として用いることが好ましい。ここで用いる熱電変換積層体は、基材上に本発明の熱電変換材料が膜(フィルム)状に設けられ、この基材を上記第1の基材(12、22)として機能させることが好ましい。したがって、本発明の熱電変換素子に用いる本発明の熱電変換積層体は、基材表面(熱電変換材料との圧着面)に、上述した各種電極材料が設けられ、その上に本発明の熱電変換材料が設けられた構造であることが好ましい。
本発明の熱電変換積層体は熱電変換材料の一方の表面が基材で覆われているが、これを用いて熱電変換素子を調製するに際しては、他方の表面にも基材(第2の基材(16、26))を圧着させることが、膜の保護の観点から好ましい。また、この第2の基材(16)表面(熱電変換材料との圧着面)には上記各種電極材料を予め設けておいてもよい。また、第2の基材と熱電変換材料との圧着は、密着性向上の観点から100℃〜200℃程度に加熱して行うことが好ましい。
Although the shape and preparation method of a thermoelectric conversion layer are not specifically limited, It is preferable to use the thermoelectric conversion laminated body of this invention, and to use the thermoelectric conversion material contained in this as a thermoelectric conversion layer. As for the thermoelectric conversion laminated body used here, it is preferable that the thermoelectric conversion material of this invention is provided in the form of a film | membrane (film) on a base material, and this base material is functioned as said 1st base material (12, 22). . Therefore, in the thermoelectric conversion laminate of the present invention used for the thermoelectric conversion element of the present invention, the above-mentioned various electrode materials are provided on the surface of the base material (pressure contact surface with the thermoelectric conversion material), and the thermoelectric conversion of the present invention is further provided thereon. A structure provided with a material is preferable.
In the thermoelectric conversion laminate of the present invention, one surface of the thermoelectric conversion material is covered with a base material. When a thermoelectric conversion element is prepared using this, the base material (second base material) is also formed on the other surface. It is preferable to press the material (16, 26) from the viewpoint of protecting the film. Moreover, you may provide the said various electrode material previously in this 2nd base material (16) surface (crimp surface with a thermoelectric conversion material). Moreover, it is preferable to perform the crimping | compression-bonding with a 2nd base material and a thermoelectric conversion material by heating to about 100 to 200 degreeC from a viewpoint of adhesive improvement.

本発明の熱電変換素子において、本発明の熱電変換材料を配設する向きに特に制限はないが、図2に示す形態の熱電変換素子(2)においては、第1の電極(23)と第2の電極(25)とを結ぶ最短距離(直線)の方向と、本発明の熱電変換材料において最も高い導電率を示す方向(熱電変換材料の配列方向、例えば、延伸処理をしたものであれば延伸方向、摩擦転写であればペレットの移動方向)とが平行になるように、本発明の熱電変換材料を配設することが好ましい。   In the thermoelectric conversion element of the present invention, the direction in which the thermoelectric conversion material of the present invention is disposed is not particularly limited. However, in the thermoelectric conversion element (2) of the form shown in FIG. 2, the first electrode (23) and the first electrode The direction of the shortest distance (straight line) connecting the two electrodes (25) and the direction showing the highest conductivity in the thermoelectric conversion material of the present invention (the arrangement direction of the thermoelectric conversion material, for example, if stretched) It is preferable to arrange the thermoelectric conversion material of the present invention so that the drawing direction and the transfer direction of the pellets in the case of friction transfer are parallel to each other.

本発明の熱電変換素子において、熱電変換層の膜厚は、0.1〜1000μmであることが好ましく、1〜100μmであることがより好ましい。膜厚が薄いと温度差を付与しにくくなることと、膜内の抵抗が増大してしまうため好ましくない。
また、第1及び第2の基材の厚さに特に制限はなく、使用目的に応じて適宜選択できるが、50〜1000μmであることが好ましく、200〜800μmであることが好ましい。基材が薄すぎると外部衝撃により膜が損傷しやすくなる。
In the thermoelectric conversion element of the present invention, the thickness of the thermoelectric conversion layer is preferably 0.1 to 1000 μm, and more preferably 1 to 100 μm. A thin film thickness is not preferable because it is difficult to provide a temperature difference and the resistance in the film increases.
Moreover, there is no restriction | limiting in particular in the thickness of a 1st and 2nd base material, Although it can select suitably according to a use purpose, it is preferable that it is 50-1000 micrometers, and it is preferable that it is 200-800 micrometers. If the substrate is too thin, the film is easily damaged by external impact.

一般に熱電変換素子では、有機薄膜太陽電池用素子等の光電変換素子と比べて、変換層の塗布・製膜が有機層1層分でよく、簡便に素子を製造できる。特に、本発明の熱電変換材料を用いると有機薄膜太陽電池用素子と比較して100倍〜1000倍程度の厚膜化が可能であり、空気中の酸素や水分に対する化学的な安定性が向上する。   In general, in a thermoelectric conversion element, compared to a photoelectric conversion element such as an organic thin film solar cell element, the conversion layer may be applied and formed in one organic layer, and the element can be easily manufactured. In particular, when the thermoelectric conversion material of the present invention is used, it is possible to increase the film thickness by about 100 to 1000 times compared to the element for organic thin film solar cells, and the chemical stability against oxygen and moisture in the air is improved. To do.

本発明の熱電変換素子は、熱電発電用物品の発電素子として好適に用いることができる。すなわち、本発明の熱電変換素子は、温泉熱発電、腕時計用電源、半導体駆動電源、小型センサー用電源、太陽熱発電、廃熱発電等の用途に好適に用いることができる。   The thermoelectric conversion element of the present invention can be suitably used as a power generation element for an article for thermoelectric power generation. That is, the thermoelectric conversion element of the present invention can be suitably used for applications such as hot spring thermal power generation, wristwatch power supply, semiconductor drive power supply, small sensor power supply, solar thermal power generation, waste heat power generation and the like.

以下、実施例によって本発明をより詳しく説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in more detail, this invention is not limited to them.

調製例1
下記に示す導電性高分子1〜8を10mg、及びCNT(ASP−100F、Hanwha Nanotech社製)4mgを、オルトジクロロベンゼン5mL中に添加し、超音波水浴にて70分間分散させた。その後、下記に示すオニウム塩化合物を4mg添加し十分に溶解させて混合液を調製した。この混合液をポリプロピレン基板(厚さ:400μm)上に塗布し、室温真空下にて12時間乾燥させ、ポリプロピレン基板上に膜厚2.3μmの熱電変換用膜を設けた積層体を作製した。
Preparation Example 1
10 mg of conductive polymers 1 to 8 shown below and 4 mg of CNT (ASP-100F, manufactured by Hanwha Nanotech) were added to 5 mL of orthodichlorobenzene, and dispersed in an ultrasonic water bath for 70 minutes. Thereafter, 4 mg of the following onium salt compound was added and sufficiently dissolved to prepare a mixed solution. This mixed solution was applied onto a polypropylene substrate (thickness: 400 μm) and dried under vacuum at room temperature for 12 hours to prepare a laminate having a 2.3 μm-thick thermoelectric conversion film on the polypropylene substrate.

Figure 2013098299
Figure 2013098299

用いた導電性高分子1〜8の分子量は下記のとおりである。
導電性高分子1:重量平均分子量=87000
導電性高分子2:重量平均分子量=77000
導電性高分子3:重量平均分子量=103000
導電性高分子4:重量平均分子量=118000
導電性高分子5:重量平均分子量=95000
導電性高分子6:重量平均分子量=83000
導電性高分子7:重量平均分子量=109000
導電性高分子8:重量平均分子量=69000
The molecular weights of the conductive polymers 1 to 8 used are as follows.
Conductive polymer 1: weight average molecular weight = 87000
Conductive polymer 2: weight average molecular weight = 77000
Conductive polymer 3: weight average molecular weight = 103000
Conductive polymer 4: weight average molecular weight = 118000
Conductive polymer 5: weight average molecular weight = 95000
Conductive polymer 6: weight average molecular weight = 83000
Conductive polymer 7: weight average molecular weight = 109000
Conductive polymer 8: weight average molecular weight = 69000

Figure 2013098299
Figure 2013098299

得られた熱電変換用膜を下記方法により延伸し、その後、この膜を紫外線照射機(アイグラフィックス株式会社製、ECS−401GX)により紫外線を照射(光量:1.06J/cm)し、ドーピングを行うことで、基板上に膜状の熱電変換材料が設けられた熱電変換積層体を得た。なお、ドーピングの有無を下記方法で測定したところ、オニウム塩化合物を配合したものでは、すべてドーピングされていることを確認した。 The obtained film for thermoelectric conversion was stretched by the following method, and then this film was irradiated with ultraviolet rays (light quantity: 1.06 J / cm 2 ) with an ultraviolet irradiation machine (ECS-401GX, manufactured by Eye Graphics Co., Ltd.) By performing doping, a thermoelectric conversion laminate in which a film-like thermoelectric conversion material was provided on the substrate was obtained. In addition, when the presence or absence of doping was measured by the following method, it was confirmed that all the compounds containing the onium salt compound were doped.

[ドーピングの確認]
下記の測定により、熱電変換用膜がドーピングされているか否かを決定した。
膜の吸収スペクトルを波長300〜2000nmの領域で測定した。ドーピングされていない膜の主吸収よりも長波長側に出現する新たな吸収ピークはドーピングによるものである。この吸収ピークが観測された場合、所望通りドーピングされているものと判断した。
[Confirmation of doping]
Whether or not the thermoelectric conversion film was doped was determined by the following measurement.
The absorption spectrum of the film was measured in the wavelength region of 300 to 2000 nm. A new absorption peak appearing on the longer wavelength side than the main absorption of the undoped film is due to doping. When this absorption peak was observed, it was judged that it was doped as desired.

[延伸]
ポリプロピレン基板上に作製した熱電変換用膜を基板と共に、自動一軸延伸機(株式会社センテック社製)により延伸した。延伸条件はチャック間距離30mm、樹脂温度170℃、延伸速度15mm/分、延伸距離120mmとした(延伸倍率:5倍)。延伸後、フィルム温度を70℃に冷却し、自動一軸延伸機から取り出した。
[Stretching]
The thermoelectric conversion film produced on the polypropylene substrate was stretched together with the substrate by an automatic uniaxial stretching machine (manufactured by Sentec Co., Ltd.). The stretching conditions were a chuck-to-chuck distance of 30 mm, a resin temperature of 170 ° C., a stretching speed of 15 mm / min, and a stretching distance of 120 mm (stretching ratio: 5 times). After stretching, the film temperature was cooled to 70 ° C. and taken out from the automatic uniaxial stretching machine.

調製例2
上記導電性高分子1〜3を100mg、及びCNT(ASP−100F、Hanwha Nanotech社製)40mgを、オルトジクロロベンゼン38mL中に添加し、超音波水浴にて70分間分散させた。その後、下記に示すオニウム塩化合物を40mg添加し十分に溶解させて混合液を調製した。この混合液を室温にて24時間減圧乾燥させることにより溶媒を留去した。次に、この固形物を分取し、所定を型枠に詰め込み、180℃に加熱して圧縮しながらペレット状に成形した。140℃に加温したポリプロピレン基板(厚さ:400μm)に、上記ペレットを均一な圧力で押しつけ移動させ、熱電変換用膜を含む熱電変換積層体を得た。なお、上記圧力は1.4MPa、掃引速度は50cm/分とした。その後、この熱電変換用膜に紫外線を照射(光量:5.30J/cm)し、ドーピングを行うことで、基板上に膜状の熱電変換材料が設けられた熱電変換積層体を得た。なお、ドーピングの有無を上記方法で測定したところ、オニウム塩化合物を配合したものでは、すべてドーピングされていることを確認した。
Preparation Example 2
100 mg of the conductive polymers 1 to 3 and 40 mg of CNT (ASP-100F, manufactured by Hanwha Nanotech) were added to 38 mL of orthodichlorobenzene, and dispersed in an ultrasonic water bath for 70 minutes. Thereafter, 40 mg of the following onium salt compound was added and sufficiently dissolved to prepare a mixed solution. The solvent was distilled off by drying this mixed solution under reduced pressure at room temperature for 24 hours. Next, this solid was separated, packed into a mold, and molded into a pellet while being heated to 180 ° C. and compressed. The pellet was pressed and moved to a polypropylene substrate (thickness: 400 μm) heated to 140 ° C. with a uniform pressure to obtain a thermoelectric conversion laminate including a thermoelectric conversion film. The pressure was 1.4 MPa and the sweep rate was 50 cm / min. Thereafter, the thermoelectric conversion film was irradiated with ultraviolet rays (light quantity: 5.30 J / cm 2 ) and doped to obtain a thermoelectric conversion laminate in which a film-like thermoelectric conversion material was provided on the substrate. In addition, when the presence or absence of doping was measured by the above method, it was confirmed that all the compounds containing the onium salt compound were doped.

試験例
得られた熱電変換積層体を構成する熱電変換材料について、下記方法により導電率異方性及び熱電特性を粗測定した。上記調製例1で調製した材料の結果を下記表1に、上記調製例2で調製した材料の結果を下記表2にそれぞれ示す。
Test Example About the thermoelectric conversion material which comprises the obtained thermoelectric conversion laminated body, the electrical conductivity anisotropy and the thermoelectric characteristic were roughly measured with the following method. The results of the materials prepared in Preparation Example 1 are shown in Table 1 below, and the results of the materials prepared in Preparation Example 2 are shown in Table 2 below.

[導電率異方性の測定]
上記調製例1及び2で得られたで熱電変換積層体を4cm×4cmの大きさに切削し、該積層体を構成する膜状の熱電変換材料に、室温にて測定器の端末を当てることで表面抵抗率(単位:Ω/□)を測定した。測定器にはロレスタEP(三菱化学製)を、プローブにはESP型を使用した。続いて触針式膜厚計にて熱電変換材料の膜厚(単位:m)を測定し、表面抵抗率と膜厚の積の逆数より導電率σ(単位:S/cm)を測定した。導電率に異方性がある膜の場合、方向によって導電率が異なる。ある方向で最も導電率が高くなる場合、その導電率をσ、それと直交する方向の導電率をσと定義する。この時、導電率異方性Xは、X=σ/σと定義される。
なお、表1及び2に記載の最大導電率は、上記σの値の相対値として算出したものである。
[Measurement of conductivity anisotropy]
The thermoelectric conversion laminate obtained in the above Preparation Examples 1 and 2 is cut into a size of 4 cm × 4 cm, and a measuring instrument terminal is applied to the film-like thermoelectric conversion material constituting the laminate at room temperature. The surface resistivity (unit: Ω / □) was measured. Loresta EP (manufactured by Mitsubishi Chemical) was used as the measuring instrument, and ESP type was used as the probe. Subsequently, the film thickness (unit: m) of the thermoelectric conversion material was measured with a stylus type film thickness meter, and the conductivity σ (unit: S / cm) was measured from the reciprocal of the product of the surface resistivity and the film thickness. In the case of a film having anisotropy in conductivity, the conductivity varies depending on the direction. If most conductivity is high in a certain direction, its conductivity sigma therewith the direction of conductivity perpendicular is defined as sigma ⊥. At this time, the conductivity anisotropy X is defined as X = σ‖ / σ⊥ .
In addition, the maximum conductivity described in Tables 1 and 2 is calculated as a relative value of the value of σσ .

[熱電特性の測定]
得られた熱電変換用膜を、熱電特性測定装置(オザワ科学(株)製:RZ2001i)を用いて、100℃におけるゼーベック係数(単位:μV/K)及び導電率(単位:S/cm)を評価した。続いて、熱伝導率測定装置(英弘精機(株)製:HC-074)を用いて熱伝導率(単位:W/mK)を算出した。これらの値を用いて、上記式(A)に従って、100℃におけるZT値を算出し、この値を熱電特性値とした。なお、上記導電率として上記σを採用した。
[Measurement of thermoelectric properties]
The obtained thermoelectric conversion film was subjected to a Seebeck coefficient (unit: μV / K) and conductivity (unit: S / cm) at 100 ° C. using a thermoelectric property measuring device (OZawa Scientific Co., Ltd .: RZ2001i). evaluated. Subsequently, the thermal conductivity (unit: W / mK) was calculated using a thermal conductivity measuring device (Eihiro Seiki Co., Ltd .: HC-074). Using these values, a ZT value at 100 ° C. was calculated according to the above formula (A), and this value was used as a thermoelectric characteristic value. Note that the above-mentioned σ was adopted as the conductivity.

Figure 2013098299
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Figure 2013098299
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表1の結果から、ドーパントとしてオニウム塩化合物を含有させることで、導電率が飛躍的に上昇し、熱電特性値の上昇も顕著であった(比較例2と実施例2の比較)。また、10倍程度の高い延伸倍率でも延伸が可能であり、所望の導電率異方性を付与できることがわかった。この導電率異方性が1.5以上である実施例1〜14では、最大導電率がより高く、導電率異方性の低い比較例5及び6に比べて優れた熱電特性値を示した。
また、表2の結果から、延伸に限らず、摩擦転写によっても最大導電率の大幅な向上が認められ、高い熱電特性値を示すことがわかる。つまり、所定レベルの導電率異方性の付与が、導電率の向上に大きく貢献することがわかった。
From the result of Table 1, electrical conductivity rose dramatically by containing an onium salt compound as a dopant, and the raise of the thermoelectric characteristic value was also remarkable (comparison of the comparative example 2 and Example 2). Further, it was found that the film can be stretched even at a stretch ratio as high as about 10 times, and desired conductivity anisotropy can be imparted. In Examples 1 to 14 in which the conductivity anisotropy is 1.5 or more, the maximum conductivity was higher and the thermoelectric characteristic value was superior to Comparative Examples 5 and 6 having a lower conductivity anisotropy. .
Further, from the results of Table 2, it can be seen that a significant improvement in the maximum conductivity is recognized not only by stretching but also by friction transfer, and shows a high thermoelectric characteristic value. That is, it has been found that the provision of a predetermined level of conductivity anisotropy greatly contributes to the improvement of conductivity.

1、2 熱電変換素子
11、17 金属板
12、22 第1の基材
13、23 第1の電極
14、24 熱電変換層
15、25 第2の電極
16、26 第2の基材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Thermoelectric conversion element 11, 17 Metal plate 12, 22 1st base material 13, 23 1st electrode 14, 24 Thermoelectric conversion layer 15, 25 2nd electrode 16, 26 2nd base material

Claims (9)

導電性高分子、カーボンナノチューブ、及びオニウム塩化合物を含有し、導電率異方性が1.5〜10である熱電変換材料。   A thermoelectric conversion material containing a conductive polymer, a carbon nanotube, and an onium salt compound, and having an electric conductivity anisotropy of 1.5 to 10. オニウム塩化合物が、熱又は活性エネルギー線照射の付与により酸を発生する化合物である、請求項1に記載の熱電変換材料。   The thermoelectric conversion material according to claim 1, wherein the onium salt compound is a compound that generates an acid upon application of heat or active energy ray irradiation. 前記導電性高分子が、チオフェン系化合物、ピロール系化合物、アニリン系化合物、アセチレン系化合物、p−フェニレン系化合物、p−フェニレンビニレン系化合物、p−フェニレンエチニレン系化合物、及びこれらの誘導体からなる群より選択される少なくとも1種のモノマーから導かれる繰り返し単位を有する共役系高分子である、請求項1又は2に記載の熱電変換材料。   The conductive polymer includes a thiophene compound, a pyrrole compound, an aniline compound, an acetylene compound, a p-phenylene compound, a p-phenylene vinylene compound, a p-phenylene ethynylene compound, and derivatives thereof. The thermoelectric conversion material according to claim 1 or 2, which is a conjugated polymer having a repeating unit derived from at least one monomer selected from the group. 熱又は活性エネルギー線照射を付与された、請求項1〜3のいずれか1項に記載の熱電変換材料。   The thermoelectric conversion material according to any one of claims 1 to 3, which is provided with heat or active energy ray irradiation. 基材と、該基材上に設けられた請求項1〜4のいずれか1項に記載の熱電変換材料とを備える、熱電変換積層体。   The thermoelectric conversion laminated body provided with a base material and the thermoelectric conversion material of any one of Claims 1-4 provided on this base material. 基材が樹脂フィルムである、請求項5に記載の熱電変換積層体。   The thermoelectric conversion laminated body of Claim 5 whose base material is a resin film. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の熱電変換材料、又は請求項5もしくは6に記載の熱電変換積層体を用いた熱電変換素子。   The thermoelectric conversion element using the thermoelectric conversion material of any one of Claims 1-4, or the thermoelectric conversion laminated body of Claim 5 or 6. 電極を有する、請求項7に記載の熱電変換素子。   The thermoelectric conversion element of Claim 7 which has an electrode. 請求項7又は8に記載の熱電変換素子を用いた熱電発電用物品。   An article for thermoelectric power generation using the thermoelectric conversion element according to claim 7 or 8.
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