首都大ら，一次元ナノ物質で構成されたバルク材料の熱電変換の制御に成功

首都大学東京，東京理科大学，早稲田大学の研究チームは，物質が持つ熱を電気に変える性質であるゼーベック係数を，一次元ナノ物質で構成されたバルクな材料において，外部からの電界によって正にも負にも，更にその大きさを自由に制御することに成功した（ニュースリリース）。また制御した性質を保持させることにも成功した。

電気を流す物質に温度差をつけると，その温度差に比例して電圧を発生するゼーベック効果が得られ，この電圧の発生する大きさをゼーベック係数と呼ぶ。エネルギー資源の有効活用の観点から，現代において，ゼーベック効果を用いて発電する高性能な熱電変換素子の開発は極めて重要な課題となっている。

性能の良い熱電変換素子をつくるには，温度差に対して正の電圧を発生する正のゼーベック効果が大きい物質と，負の電圧を発生する負のゼーベック効果が大きい物質の両方を開発することが重要となる。そのため，様々な化学処理を
用いて，このゼーベック係数の符号や大きさを調整する物質開発が数多く行なわれている。

しかし，そのアプローチで最適な解を見つけることは，数多くの要因が影響を及ぼすため非常に困難。化学処理ではなく，これまでも外部から電場を印加することにより系統的にゼーベック効果を制御する方法は提案されていたが，バルクな物質のゼーベック効果の制御はできなかった。

この研究では，単層カーボンナノチューブがネットワークを形成したバルクな薄膜において，イオン液体を用いた電気二重層キャリア注入制御法という手法を用いることにより外部から電場をかけ，その電圧を調整するだけで，バルク薄膜のゼーベック係数の符号と大きさを自由に制御できることを見出した。更に，イオンを固定することにより，調整したゼーベック係数の符号と大きさを，電圧を外したあとでも保持させることにも成功した。

この技術は，ナノワイヤなどの一次元物質からなるバルク状態の材料の熱電物性を原理的に制御可能であることを意味しており，高性能な熱電変換デバイスの開発につながる。研究グループでは今後，この技術を用いて高性能の新規熱電変換素子の開発を行なう予定。