热电转换材料及其制造方法技术

本发明专利技术提供导热系数得以降低、热电优值得以提高的热电转换材料及其制造方法。热电转换材料，其在具有凹部的树脂基板上形成有包含热电半导体材料的热电半导体层，该树脂基板是将包含固化型树脂组合物的树脂层固化而成的；以及热电转换材料的制造方法，其包括如下工序：从具有凸部结构的原版向包含固化型树脂组合物的树脂层转印前述凸部结构，并进行固化而成的树脂基板制作工序；以及，在前述树脂基板上将热电半导体材料进行成膜而形成热电半导体层的成膜工序。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热电转换材料及其制造方法
本专利技术涉及进行热与电的相互能量转换的热电转换材料，尤其涉及使用了树脂基板的具有高热电优值（thermoelectricfigureofmerit）的热电转换材料及其制造方法。
技术介绍
近年来，系统简单且能够小型化的热电发电技术作为对从大楼、工厂等所使用的化石燃料资源等产生的未利用的废热能量进行回收发电的技术而备受关注。然而，热电发电通常也会有发电效率差的情况，多家企业、研究机构积极地进行用于提高发电效率的研究开发。为了提高发电效率，热电转换材料的高效率化是必须的，为了实现这些目的，期望开发出具备匹敌金属的高电导率和匹敌玻璃的低导热系数的材料。热电转换特性可以通过热电优值Z（Z=σS2/λ）来评价。此处，S为塞贝克系数、σ为电导率（电阻率的倒数）、λ为导热系数。如上所述，增加热电优值Z的值时，发电效率提高，因此为了发电的高效率化，发现塞贝克系数S和电导率σ大、导热系数λ小的热电转换材料是重要的。一般来说，固体物质的导热系数λ和电导率σ能够以材料的密度、载体浓度作为参数来进行设计，两物性根据维德曼-弗兰兹定律是密切相连而非相互独立的，因此实情是无法实现大幅的热电优值的提高。在这种情况之中，专利文献1中提出了一种热电转换材料，其中，在半导体材料内部大量导入以与电子和声子的平均自由程为相同程度的、或该程度以下的间隔进行了分散的非常微细的空穴从而进行多孔质化，且导热系数得以减少、使塞贝克系数增加。根据专利文献1的实施例，导热系数得以降低，但电导率也同时降低（电阻率大幅增加），作为无因次热电优值ZT（T：以绝对温度300K进行计算），从0.017因多孔质化而增加至0.156，但作为绝对值，距离面向实用化的的指标值ZT≥1还较远。另外，专利文献2中公开了通过纳米压印法将热电转换材料制作成细线状，从而提高热电优值，但导热系数的降低小、无法获得充分的性能。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特许第2958451号专利文献2：日本特开2007-59773号。
技术实现思路
专利技术要解决的问题本专利技术的课题在于，鉴于上述实际情况，提供导热系数得以降低、热电优值得以提高的热电转换材料及其制造方法。用于解决问题的手段本专利技术人等为了解决上述课题而重复进行了深入研究，结果发现，在具有凹部的树脂基板上形成有包含热电半导体材料的热电半导体层的热电转换材料中，通过使用将包含固化型树脂组合物、例如能量射线固化型树脂组合物的树脂层固化而成的基板来作为前述树脂基板，热电优值提高，从而完成了本专利技术。即，本专利技术提供以下的（1）~（15）。（1）热电转换材料，其在具有凹部的树脂基板上形成有包含热电半导体材料的热电半导体层，其特征在于，该树脂基板是将包含固化型树脂组合物的树脂层固化而成的。（2）根据权利要求（1）所述的热电转换材料，其中，前述固化型树脂组合物为能量射线固化型树脂组合物。（3）根据上述（2）所述的热电转换材料，其中，前述树脂基板是使具有凸部的原版与包含前述能量射线固化型树脂组合物的树脂层相对并加压、通过照射能量射线进行固化而得到的。（4）根据上述（2）或（3）所述的热电转换材料，其中，前述能量射线固化型树脂组合物含有在侧链具有能量射线固化性基团的（甲基）丙烯酸酯共聚物。（5）根据上述（2）或（3）所述的热电转换材料，其中，前述能量射线固化型树脂组合物含有不具有能量射线固化性的聚合物、以及能量射线固化型的单体和/或低聚物。（6）根据上述（1）~（5）中任一项所述的热电转换材料，其中，前述树脂基板的膜厚为1~100μm。（7）根据上述（1）~（6）中任一项所述的热电转换材料，其中，前述树脂基板具有多个独立的凹部。（8）根据上述（1）~（7）中任一项所述的热电转换材料，其中，前述凹部的形状为圆柱状或槽状。（9）根据（8）所述的热电转换材料，其中，前述凹部的深度为5~10000nm、前述凹部的直径或槽宽为10~5000nm、以及相邻的凹部的中心间的间隔为15~5500nm。（10）根据上述（1）~（9）中任一项所述的热电转换材料，其特征在于，前述热电半导体层存在于前述树脂基板的上表面，且凹部的内底部与该上表面维持了绝缘性。（11）根据上述（1）~（10）中任一项所述的热电转换材料，其中，前述热电半导体层的膜厚为10~5000nm。（12）根据上述（1）~（11）中任一项所述的热电转换材料，其中，前述热电半导体材料为铋-碲系热电半导体材料或硒铋化物系热电半导体材料。（13）热电转换材料的制造方法，其特征在于，其为在具有凹部的树脂基板上对热电半导体层进行成膜而成的热电转换材料的制造方法，其包括如下工序：从具有凸部结构的原版向包含固化型树脂组合物的树脂层转印前述凸部结构、并进行固化而成的树脂基板制作工序；以及，在前述树脂基板上对热电半导体材料进行成膜而形成热电半导体层的成膜工序。（14）根据上述（13）所述的热电转换材料的制造方法，其中，前述树脂基板制作工序包括如下工序：通过前述固化型树脂组合物形成树脂层的树脂层形成工序；将该树脂层与前述原版相对并加压，向该树脂层转印该原版的前述凸部结构的转印工序；以及，将该树脂层固化，其后，从该原版进行脱模，形成凹部的凹部形成工序。（15）根据上述（13）所述的热电转换材料的制造方法，其中，前述成膜工序基于闪蒸法。专利技术的效果根据本专利技术，能够获得导热系数低、热电优值得以提高的热电转换材料，能够实现高的转换效率。附图说明图1是表示本专利技术中使用的原版（纳米压印模具）的一例的剖面图。图2是表示本专利技术中使用的树脂基板的一例的剖面图。图3表示在本专利技术中使用的树脂基板上将包含热电半导体材料的热电半导体层进行成膜后的剖面的一例，（a）为在树脂基板的上表面和凹部的内底部存在有热电半导体层时的剖面图，（b）为仅在树脂基板的上表面存在有热电半导体层时的剖面图。图4表示按照工序顺序来说明基于本专利技术的制造方法的基板制作工序的一例的图，（a）的上图为原版的剖面图、下图为在支撑体上形成包含能量射线固化型树脂组合物的树脂层后的剖面图，（b）为表示加压、转印后利用能量射线进行固化的工序的剖面图，（c）为固化后通过脱模而得到的树脂基板的剖面图。图5表示本专利技术的实施例1和实施例2中得到的热电转换材料的平面，（a）为实施例1的热电转换材料的SEM照片（测定倍率为10000倍），（b）为实施例2的热电转换材料的SEM照片（测定倍率为10000倍）。图6表示本专利技术的实施例3中得到的热电转换材料的平面，（a）为包含作为混合图案之一的圆柱状图案的部分的热电转换材料的SEM照片（测定倍率为10000倍），（b）为包含混合图案的槽状图案的部分的热电转换材料的SEM照片（测定倍率为10000倍）。具体实施方式[热电转换材料]本专利技术的热电转换材料为在具有凹部的树脂基板上形成有包含热电半导体材料的热电半导体层的热电转换材料，其特征在于，该树脂基板是将包含固化型树脂组合物的树脂层固化而成的。（原版）关于本专利技术中使用的具有凸部结构的原版，针对使用了纳米压印模具的情况进行说明。图1是表示后述本专利技术的制造方法中使用的原版（纳米压印模具）的一例的剖面图。原版1在基材2上形成有规定的凸部结构3。前述凸部结构3因用途而异，通常以考虑了转印后会得到的纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】
热电转换材料，其在具有凹部的树脂基板上形成有包含热电半导体材料的热电半导体层，其特征在于，该树脂基板是将包含固化型树脂组合物的树脂层固化而成的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.27 JP 2012-1037511.热电转换材料，其在具有选自柱状、倒锥状和倒锥台状中的至少一种的凹部的树脂基板上形成有包含热电半导体材料的热电半导体层，其特征在于，该树脂基板是将包含固化型树脂组合物的树脂层固化而成的，所述热电半导体层存在于所述树脂基板的上表面和所述凹部的内底部，所述树脂基板的上表面的热电半导体层和所述凹部的内底部的热电半导体层不形成连续的层。2.根据权利要求1所述的热电转换材料，其中，所述固化型树脂组合物为能量射线固化型树脂组合物。3.根据权利要求2所述的热电转换材料，其中，所述树脂基板是通过使具有凸部结构的原版与包含所述能量射线固化型树脂组合物的树脂层相对并加压，通过照射能量射线进行固化从而得到的。4.根据权利要求2或3所述的热电转换材料，其中，所述能量射线固化型树脂组合物含有在侧链具有能量射线固化性基团的(甲基)丙烯酸酯共聚物。5.根据权利要求2或3所述的热电转换材料，其中，所述能量射线固化型树脂组合物含有不具有能量射线固化性的聚合物、以及能量射线固化型的单体和/或低聚物。6.根据权利要求1所述的热电转换材料，其中，所述树脂基板的膜厚为1～100μm。7.根据权利要求1所述的热电转换材料，其中，所述树脂基板具有多个独立的凹部。8.根据权利要求1所述的热电转换材料，其中，所述凹部的形状为圆柱状。9.根据权利要求8所述的热电转换材料，其中，所述凹部的深度为5～10000nm，所述凹部的直径为10～500...

【专利技术属性】
技术研发人员：加藤邦久，武藤豪志，
申请(专利权)人：琳得科株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP