東海大学の研究グループは、単層カーボンナノチューブ（単層CNT）を用いた熱電素子において、薄膜を貼り付ける基板を替えるだけで、同じ素子を「電源」と「熱流センサー」として使い分けられることを明らかにした（ニュースリリース）。
従来の熱電素子は、熱を電気に変えるために素子の一方を高温、もう一方を低温に保つ必要があり、低温側を維持する冷却板やファンなどが必要だった。研究グループは今回、素子全体を一様に加熱するだけで作動する単層CNT薄膜素子を作製し、基板を3種類に替えて動作を比較した。
その結果、薄膜や回路、貼り付け方法が同じでも、基板の違いによって素子の機能が変化することを確認した。赤外線を45.8%透過するシクロオレフィンポリマー（COP）基板では、赤外線が基板を通過してCNT薄膜を直接加熱し、素子中央部が高温になることで、一定方向の電圧が持続して発生した。この場合、素子は電源として機能する。
一方、赤外線透過率が0.20%のポリエチレンナフタレート（PEN）基板では、基板が先に温まることで素子中央部が相対的に低温となり、COPの場合とは逆向きの電圧が発生した。この電圧は温度が変化している間だけ現れるため、熱流の変化を検出するセンサーとして利用できる。
研究では、基板による赤外線の吸収・透過特性が電圧の向きを、基板の温まりにくさが電圧の大きさや持続時間を左右することも明らかにした。いずれの基板でも素子内部に1～3℃程度の温度差が自然に生じるため、従来のような冷却装置は不要となる。
外部電源や冷却装置を必要としないことから、配線が難しい設備の放熱監視や、EVのバッテリーパック、データセンター設備における異常発熱検知、曲面への貼り付け型センサーなどへの応用が期待される。
現時点の出力電圧は0.38mV、出力電力は0.47nWで、実用化には出力向上が課題となる。今後は、性能向上に加え、封止技術による長期信頼性の確保や、加熱・冷却を繰り返す環境での評価を進めるとしている。
