未来を拓くエネルギー材料の開発

半導体・ナノカーボン・有機材料等を活用した電子機能材料、特に熱を電気に直接変換する熱電変換材料の創製とその発電素子開発やトランジスタ構造を応用した薄膜型エネルギー変換素子について研究しています。これらのエネルギー材料の開発研究は脱炭素社会の構築に向けて省エネルギー・CO₂排出抑制に貢献する技術として期待されます。

未利用熱を電気エネルギーへ変換する熱電変換材料および熱電発電素子の開発

工業炉・焼却炉・移動体排熱・温泉熱等の熱から電気へ変換する機能を高める材料を設計し、それを各種先進プロセスにより作製・評価しています。さらに、様々な熱源の形状・形態にもフレキシブルに対応でき、安全・安心・安価な導電性高分子やカーボンナノチューブを活用したハイブリッド発電デバイスを開発し、エネルギーハーベスティング（環境発電）による自立型電源への応用を目指しています。

半導体薄膜成長とその薄膜型エネルギー変換デバイスの開発研究

従来の半導体の常識を破って室温で巨大な正孔移動度をもつスクッテルダイト半導体の薄膜成長と、それを活用した電子デバイスへの新しい展開を目指します。また、カーボンナノチューブやグラフェンの低次元物性や優れた特性を活用した新規機能デバイスへの応用研究を行っています。

ナノ構造で材料物性を操る

10億分の1メートルというナノスケールの世界では、日常とは異なる物理現象が現れます。こうしたナノ構造を人工的に制御することで、新しい物理の発見や物性の発現を目指しています。特に、電気と熱の流れが相互作用する熱電変換材料への応用として、ナノ構造の導入により両者の流れを独立に制御することで高性能化を図り、電池交換のいらないIoTセンサーなど身の回りで活躍する小型独立電源への応用を目指しています。

高性能な薄膜型熱電変換材料の開発

下の図は、薄膜材料の断面透過電子顕微鏡像です。薄膜上に約10 nmの保護膜を導入することで、材料の分解や物性の劣化を効果的に防ぐことができます。

ここで基板と薄膜の境界を拡大すると、綺麗な原子の配列が観察できます。作製条件や材料の組み合わせなどによるわずかな原子配列の変化でも、材料の物性を大きく変えることができます。