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JP2017112319A - Production method of dispersion composition, and production method of thermoelectric conversion layer - Google Patents

Production method of dispersion composition, and production method of thermoelectric conversion layer Download PDF

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JP2017112319A
JP2017112319A JP2015247627A JP2015247627A JP2017112319A JP 2017112319 A JP2017112319 A JP 2017112319A JP 2015247627 A JP2015247627 A JP 2015247627A JP 2015247627 A JP2015247627 A JP 2015247627A JP 2017112319 A JP2017112319 A JP 2017112319A
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寛記 杉浦
林 直之
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直之 林
野村 公篤
Kimiatsu Nomura
公篤 野村
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Abstract

【課題】本発明の課題は、カーボンナノチューブの分散性に優れ、導電率および熱電変換性能が改善され、熱電変換性能のばらつきが低減された熱電変換層を形成できる分散組成物の製造方法、および、熱電変換層の製造方法を提供することである。
【解決手段】本発明の分散組成物の製造方法は、カーボンナノチューブと、有機溶媒と、を混合して、粗分散組成物を得る工程Aと、上記粗分散組成物を用いてカーボンナノチューブ膜状物を得る工程Bと、分散剤と、溶媒Aと、上記溶媒Aに対して1w/v%以上の上記カーボンナノチューブ膜状物と、を混合して、分散組成物を得る工程Cと、を有する。
【選択図】なし
An object of the present invention is to provide a method for producing a dispersion composition that can form a thermoelectric conversion layer with excellent dispersibility of carbon nanotubes, improved conductivity and thermoelectric conversion performance, and reduced variation in thermoelectric conversion performance, and It is providing the manufacturing method of a thermoelectric conversion layer.
A method for producing a dispersion composition of the present invention comprises a step A in which a carbon nanotube and an organic solvent are mixed to obtain a coarse dispersion composition, and a carbon nanotube film-like structure using the coarse dispersion composition. Step B for obtaining a product, Step C for obtaining a dispersion composition by mixing a dispersant, a solvent A, and the carbon nanotube film-like material of 1 w / v% or more with respect to the solvent A, Have.
[Selection figure] None

Description

本発明は、分散組成物の製造方法および熱電変換層の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a dispersion composition and a method for producing a thermoelectric conversion layer.

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が、熱によって発電する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。熱電変換素子は、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、例えば、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。   Thermoelectric conversion materials that can mutually convert thermal energy and electrical energy are used in thermoelectric conversion elements such as power generation elements and Peltier elements that generate electricity by heat. The thermoelectric conversion element can directly convert heat energy into electric power and does not require a movable part. For example, the thermoelectric conversion element is used for a wristwatch operating at body temperature, a power source for remote areas, a power source for space, and the like.

熱電変換素子の代表的な構成の一つとしては、p型熱電変換材料とn型熱電変換材料とを電気的に接続する構成が挙げられ、一般的に、n型熱電変換材料としてはニッケルなどの無機材料が知られている。しかしながら、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、さらに、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。
そこで、近年、カーボンナノチューブ(以後、「CNT」とも称する)に代表される炭素材料を用いる技術が提案されており、例えば、特許文献1においては、カーボンナノチューブおよび分散媒を高速旋回薄膜分散法に供して分散物を調製する方法が開示されている(請求項1、請求項9など)。
One typical configuration of the thermoelectric conversion element is a configuration in which a p-type thermoelectric conversion material and an n-type thermoelectric conversion material are electrically connected. Generally, n-type thermoelectric conversion materials include nickel and the like. Inorganic materials are known. However, 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.
Therefore, in recent years, a technique using a carbon material typified by carbon nanotubes (hereinafter also referred to as “CNT”) has been proposed. For example, in Patent Document 1, a carbon nanotube and a dispersion medium are used as a high-speed rotating thin film dispersion method. A method for preparing a dispersion by use of the method is disclosed (claim 1, claim 9, etc.).

特開2014−209573号公報JP 2014-209573 A

近年、熱電変換素子が使用される機器の性能向上のために、熱電変換素子の熱電変換性能のより一層の向上が求められている。具体的には、熱電変換素子に含まれる熱電変換層の形成に用いられる分散物を用いて、厚膜を形成することが上記性能をより一層向上させる方法の一つとして挙げられるが、これには従来の技術では到達しがたいレベルにカーボンナノチューブの濃度を高くすることが求められている。
例えば、特許文献1に記載されているような方法を用いて高濃度のカーボンナノチューブを含有する分散物を製造したところ、カーボンナノチューブの分散性が低下することが判明した。
このように、分散物中のカーボンナノチューブの分散性が不十分になると、分散物の収率が低下して、分散組成物を用いて得られる熱電変換層の導電率の低下、熱電変換性能(性能指数Z)の低下、熱電変換性能のばらつきの悪化が生じ、熱電変換素子の性能と信頼性の低下という問題が発生する。これは分散処方および条件の検討では大きく改善することはできず、新たなプロセスを開発する必要があった。
In recent years, in order to improve the performance of equipment in which thermoelectric conversion elements are used, further improvement in thermoelectric conversion performance of thermoelectric conversion elements has been demanded. Specifically, forming a thick film using a dispersion used for forming a thermoelectric conversion layer included in a thermoelectric conversion element is one of the methods for further improving the above performance. However, it is required to increase the concentration of carbon nanotubes to a level that cannot be achieved by conventional techniques.
For example, when a dispersion containing a high concentration of carbon nanotubes was produced using a method as described in Patent Document 1, it was found that the dispersibility of the carbon nanotubes was lowered.
As described above, when the dispersibility of the carbon nanotubes in the dispersion becomes insufficient, the yield of the dispersion decreases, and the conductivity of the thermoelectric conversion layer obtained using the dispersion composition decreases, and the thermoelectric conversion performance ( The figure of merit Z) is lowered and the variation in thermoelectric conversion performance is deteriorated, resulting in a problem that the performance and reliability of the thermoelectric conversion element are lowered. This could not be greatly improved by studying the dispersion formula and conditions, and a new process had to be developed.

そこで、本発明は、カーボンナノチューブの分散性に優れ、導電率および熱電変換性能が改善され、熱電変換性能のばらつきが低減された熱電変換層を形成できる分散組成物の製造方法、および、熱電変換層の製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention provides a method for producing a dispersion composition that can form a thermoelectric conversion layer with excellent dispersibility of carbon nanotubes, improved conductivity and thermoelectric conversion performance, and reduced variation in thermoelectric conversion performance, and thermoelectric conversion It is an object to provide a method for producing a layer.

本発明者は、上記課題について鋭意検討した結果、カーボンナノチューブを有機溶媒中に分散させた粗分散組成物を調製し、粗分散組成物を成膜してカーボンナノチューブ膜状物を形成した後、カーボンナノチューブ膜状物を溶媒中で分散させる工程を経ることで、カーボンナノチューブの分散性に優れ、導電率および熱電変換性能が改善され、熱電変換性能のばらつきが低減された熱電変換層を形成できることを見出し、本発明に至った。
すなわち、本発明者は、以下の構成により上記課題が解決できることを見出した。
As a result of earnestly examining the above problems, the present inventor prepared a coarse dispersion composition in which carbon nanotubes are dispersed in an organic solvent, and formed a carbon nanotube film-like material by forming a film of the coarse dispersion composition. Through the process of dispersing the carbon nanotube film in a solvent, it is possible to form a thermoelectric conversion layer with excellent carbon nanotube dispersibility, improved electrical conductivity and thermoelectric conversion performance, and reduced variation in thermoelectric conversion performance. And found the present invention.
That is, the present inventor has found that the above problem can be solved by the following configuration.

[1]
カーボンナノチューブと、有機溶媒と、を混合して、粗分散組成物を得る工程Aと、
上記粗分散組成物を用いてカーボンナノチューブ膜状物を得る工程Bと、
分散剤と、溶媒Aと、上記溶媒Aに対して1w/v%以上の上記カーボンナノチューブ膜状物と、を混合して、分散組成物を得る工程Cと、
を有する、分散組成物の製造方法。
[2]
上記工程Cにおいて、さらにドーパントを添加する、上記[1]に記載の分散組成物の製造方法。
[3]
上記工程Cにおいて、さらに高分子化合物を添加する、上記[1]または[2]に記載の分散組成物の製造方法。
[4]
上記溶媒AのClogP値が−0.5以下である、上記[1]〜[3]のいずれか1つに記載の分散組成物の製造方法。
[5]
上記溶媒Aが水である、上記[1]〜[4]のいずれか1つに記載の分散組成物の製造方法。
[6]
上記分散剤が界面活性剤である、上記[1]〜[5]のいずれか1つに記載の分散組成物の製造方法。
[7]
上記工程Aにおいて、ホモジナイザーによって混合を行う、上記[1]〜[6]のいずれか1つに記載の分散組成物の製造方法。
[8]
上記工程Cにおいて、薄膜旋回法によって混合を行う、上記[1]〜[7]のいずれか1つに記載の分散組成物の製造方法。
[9]
上記カーボンナノチューブが、単層カーボンナノチューブを含む、上記[1]〜[8]のいずれか1つに記載の分散組成物の製造方法。
[10]
熱電変換層の形成に用いられる、上記[1]〜[9]のいずれか1つに記載の分散組成物の製造方法。
[11]
カーボンナノチューブと、有機溶媒と、を混合して、粗分散組成物を得る工程Aと、
上記粗分散組成物を用いてカーボンナノチューブ膜状物を得る工程Bと、
分散剤と、溶媒Aと、上記溶媒Aに対して1w/v%以上の上記カーボンナノチューブ膜状物と、を混合して、分散組成物を得る工程Cと、
上記分散組成物を用いて熱電変換層を得る工程Dと、
を有する、熱電変換層の製造方法。
[12]
上記工程Cにおいて、さらにドーパントを添加し、
上記工程Dの後において、上記熱電変換層からの上記分散剤の溶出度が上記ドーパントの溶出度よりも高い溶媒B1を用いて上記熱電変換層を洗浄する工程Eをさらに有する、上記[11]に記載の熱電変換層の製造方法。
[13]
上記工程Cにおいて、さらに高分子化合物を添加し、
上記工程Dの後において、上記熱電変換層からの上記分散剤の溶出度が上記高分子化合物の溶出度よりも高い溶媒B2を用いて上記熱電変換層を洗浄する工程Eをさらに有する、上記[11]に記載の熱電変換層の熱電変換層の製造方法。
[14]
上記工程Cにおいて、さらにドーパントおよび高分子化合物を添加し、
上記工程Dの後において、上記熱電変換層からの上記分散剤の溶出度が上記ドーパントおよび上記高分子化合物のいずれの溶出度よりも高い溶媒B3を用いて上記熱電変換層を洗浄する工程Eをさらに有する、上記[11]に記載の熱電変換層の製造方法。
[15]
上記工程Cにおいて、さらに消泡剤を添加する、上記[11]〜[14]のいずれか1つに記載の熱電変換層の製造方法。
[16]
上記溶媒AのClogP値が−0.5以下である、上記[11]〜[15]のいずれか1つに記載の熱電変換層の製造方法。
[17]
上記溶媒Aが水である、上記[11]〜[16]のいずれか1つに記載の熱電変換層の製造方法。
[18]
上記分散剤が界面活性剤である、上記[11]〜[17]のいずれか1つに記載の熱電変換層の製造方法。
[19]
上記工程Aにおいて、ホモジナイザーによって混合を行う、上記[11]〜[18]のいずれか1つに記載の熱電変換層の製造方法。
[20]
上記工程Cにおいて、薄膜旋回法によって混合を行う、上記[11]〜[19]のいずれか1つに記載の熱電変換層の製造方法。
[21]
上記カーボンナノチューブが、単層カーボンナノチューブを含む、上記[11]〜[20]のいずれか1つに記載の熱電変換層の製造方法。
[1]
A step A in which a carbon nanotube and an organic solvent are mixed to obtain a coarse dispersion composition;
Step B for obtaining a carbon nanotube film using the coarse dispersion composition,
A step of obtaining a dispersion composition by mixing a dispersant, a solvent A, and the carbon nanotube film-like material of 1 w / v% or more with respect to the solvent A;
A method for producing a dispersion composition comprising:
[2]
In the said process C, the manufacturing method of the dispersion composition as described in said [1] which further adds a dopant.
[3]
The method for producing a dispersion composition according to [1] or [2], wherein a polymer compound is further added in the step C.
[4]
The method for producing a dispersion composition according to any one of [1] to [3], wherein the solvent A has a ClogP value of −0.5 or less.
[5]
The method for producing a dispersion composition according to any one of [1] to [4], wherein the solvent A is water.
[6]
The method for producing a dispersion composition according to any one of [1] to [5], wherein the dispersant is a surfactant.
[7]
In the said process A, the manufacturing method of the dispersion composition as described in any one of said [1]-[6] which mixes with a homogenizer.
[8]
In the said process C, the manufacturing method of the dispersion composition as described in any one of said [1]-[7] which mixes by a thin film swirl method.
[9]
The method for producing a dispersion composition according to any one of [1] to [8], wherein the carbon nanotube includes a single-walled carbon nanotube.
[10]
The manufacturing method of the dispersion composition as described in any one of said [1]-[9] used for formation of a thermoelectric conversion layer.
[11]
A step A in which a carbon nanotube and an organic solvent are mixed to obtain a coarse dispersion composition;
Step B for obtaining a carbon nanotube film using the coarse dispersion composition,
A step of obtaining a dispersion composition by mixing a dispersant, a solvent A, and the carbon nanotube film-like material of 1 w / v% or more with respect to the solvent A;
Step D for obtaining a thermoelectric conversion layer using the dispersion composition,
A method for producing a thermoelectric conversion layer.
[12]
In step C, a dopant is further added,
[11] The method further includes a step E of washing the thermoelectric conversion layer using the solvent B1 having an elution degree of the dispersant from the thermoelectric conversion layer higher than that of the dopant after the step D. The manufacturing method of the thermoelectric conversion layer of description.
[13]
In step C, a polymer compound is further added,
After the step D, the method further includes a step E of washing the thermoelectric conversion layer using a solvent B2 in which the elution degree of the dispersant from the thermoelectric conversion layer is higher than the elution degree of the polymer compound. [11] The method for producing a thermoelectric conversion layer of the thermoelectric conversion layer according to [11].
[14]
In step C, a dopant and a polymer compound are further added,
After the step D, the step E of washing the thermoelectric conversion layer using a solvent B3 in which the elution degree of the dispersant from the thermoelectric conversion layer is higher than any elution degree of the dopant and the polymer compound. Furthermore, the manufacturing method of the thermoelectric conversion layer as described in said [11].
[15]
In the said process C, the manufacturing method of the thermoelectric conversion layer as described in any one of said [11]-[14] which adds an antifoamer further.
[16]
The method for producing a thermoelectric conversion layer according to any one of [11] to [15], wherein the solvent A has a ClogP value of −0.5 or less.
[17]
The method for producing a thermoelectric conversion layer according to any one of [11] to [16], wherein the solvent A is water.
[18]
The method for producing a thermoelectric conversion layer according to any one of [11] to [17], wherein the dispersant is a surfactant.
[19]
In the said process A, the manufacturing method of the thermoelectric conversion layer as described in any one of said [11]-[18] which mixes with a homogenizer.
[20]
The method for producing a thermoelectric conversion layer according to any one of the above [11] to [19], wherein in the step C, mixing is performed by a thin film swirl method.
[21]
The method for producing a thermoelectric conversion layer according to any one of [11] to [20], wherein the carbon nanotubes include single-walled carbon nanotubes.

以下に示すように、本発明によれば、カーボンナノチューブの分散性に優れ、導電率および熱電変換性能が改善され、熱電変換性能のばらつきが低減された熱電変換層を形成できる分散組成物の製造方法、および、熱電変換層の製造方法を提供することができる。   As described below, according to the present invention, a dispersion composition capable of forming a thermoelectric conversion layer having excellent dispersibility of carbon nanotubes, improved conductivity and thermoelectric conversion performance, and reduced variation in thermoelectric conversion performance. The method and the manufacturing method of a thermoelectric conversion layer can be provided.

本発明の熱電変換素子の第1実施態様の断面図である。It is sectional drawing of the 1st embodiment of the thermoelectric conversion element of this invention. 本発明の熱電変換素子の第2実施態様の断面図である。It is sectional drawing of the 2nd embodiment of the thermoelectric conversion element of this invention.

以下に、本発明の分散組成物の製造方法、および、熱電変換層の製造方法について説明する。
なお、本発明において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
Below, the manufacturing method of the dispersion composition of this invention and the manufacturing method of a thermoelectric conversion layer are demonstrated.
In the present invention, a numerical range expressed using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit value and an upper limit value.

本発明において、性能指数Zとは、熱電変換素子の熱電変換性能を評価する指標の1つである。この性能指数Zは、下記式(A)で示され、熱電変換性能の向上には、絶対温度1K当りの熱起電力(以下、熱起電力ということがある)Sおよび導電率σの向上、熱伝導率κの低減が重要である。
性能指数Z=S・σ/κ (A)
式(A)において、 S(V/K):絶対温度1K当りの熱起電力(ゼーベック係数)
σ(S/m):導電率
κ(W/mK):熱伝導率
In the present invention, the performance index Z is one of indexes for evaluating the thermoelectric conversion performance of the thermoelectric conversion element. This figure of merit Z is expressed by the following formula (A). For improvement of thermoelectric conversion performance, improvement of thermoelectromotive force (hereinafter sometimes referred to as thermoelectromotive force) S and conductivity σ per absolute temperature 1K, Reduction of thermal conductivity κ is important.
Figure of merit Z = S 2 · σ / κ (A)
In the formula (A), S (V / K): thermoelectromotive force per 1 K absolute temperature (Seebeck coefficient)
σ (S / m): conductivity
κ (W / mK): thermal conductivity

[分散組成物の製造方法]
本発明の分散組成物の製造方法は、カーボンナノチューブと、有機溶媒と、を混合して、粗分散組成物を得る工程Aと、上記粗分散組成物を用いてカーボンナノチューブ膜状物を得る工程Bと、分散剤と、溶媒Aと、上記溶媒Aに対して1w/v%以上の上記カーボンナノチューブ膜状物と、を混合して、分散組成物を得る工程Cと、を有する。
[Method for producing dispersion composition]
The method for producing a dispersion composition of the present invention comprises a step A in which a carbon nanotube and an organic solvent are mixed to obtain a coarse dispersion composition, and a step in which a carbon nanotube film-like product is obtained using the coarse dispersion composition. B, a dispersing agent, a solvent A, and a step C for obtaining a dispersion composition by mixing 1% w / v or more of the carbon nanotube film-like material with respect to the solvent A.

本発明の分散組成物の製造方法によれば、カーボンナノチューブの分散性に優れ、導電率および熱電変換性能が改善され、熱電変換性能のばらつきが低減された熱電変換層を形成できる。分散の方法と熱電変換に関わる性能との関係は世の中でも明確になっておらず、この理由の詳細は未だ明らかになっていないが、概ね以下の理由によるものと推測される。
カーボンナノチューブ(以下、単に「CNT」ともいう。)は、バンドルといわれるCNTが束になった繊維状の構造を形成している。そのため、この束をほぐすために、CNTの分散処理が実施される。しかしながら、この束を一度にほぐすことは困難であり、太い束状であるCNTの未分散物が残りやすいという問題がある。CNTおよび溶媒を含有する分散組成物を製造する際に、溶媒に対するCNTの含有量が多いと、この問題が顕著になる。
そこで、発明者らが鋭意検討したところ、CNTを含有する分散組成物を製造する際に、CNTを有機溶剤中で分散させた粗分散物組成物を形成し、さらに得られた粗分散組成物を成膜してカーボンナノチューブ膜状物を形成するという工程を予め行うことで、分散組成物中におけるCNTの分散性が優れたものになることを見出した。CNTを一度膜状の塊物にすることは、分散性向上の前処理としては、好ましくないと考えられていたが、驚くことに本処理により、CNTのバンドルが顕著に細くなり、その結果、分散組成物中におけるCNTの分散性が優れたものになることを見出した。
ここで、バンドルを細くするためには分散条件を厳しくすれば良いが、通常はCNTにダメージを与えるため顕著な改良は難しいことが知られている。しかしながら、本発明では特殊な工程(上記の粗分散組成物を形成する工程および膜状物を形成する工程)を採用することで、CNTへのダメージを軽減しつつバンドルを細くすることに成功したと考えられる。
このように、バンドル径が小さく、欠陥の少ないCNTを含有する分散組成物を用いて熱電変換層を形成することで、CNTが層中で均一に存在することになるので、熱電変換層の熱電変換性能のばらつきが低減できたと推測される。
また、分散組成物中のCNTのバンドル径が小さくなることで、CNT間の良好なネットワークが形成される(すなわち、導電率の律速であるCNT間の接点の数が増える)ため、熱電変換層の導電率が向上したものと推測される。また、熱電変換層の導電率の向上に伴って、熱電変換性能も向上したと考えられる。
According to the method for producing a dispersion composition of the present invention, a thermoelectric conversion layer having excellent dispersibility of carbon nanotubes, improved conductivity and thermoelectric conversion performance, and reduced variation in thermoelectric conversion performance can be formed. The relationship between the dispersion method and the performance related to thermoelectric conversion has not been clarified in the world, and the details of this reason have not been clarified yet, but it is presumed that the reason is as follows.
Carbon nanotubes (hereinafter also simply referred to as “CNT”) form a fibrous structure in which CNTs called bundles are bundled. Therefore, in order to loosen this bundle, CNT dispersion processing is performed. However, it is difficult to loosen these bundles at once, and there is a problem that undispersed CNTs that are thick bundles are likely to remain. When producing a dispersion composition containing CNT and a solvent, if the content of CNT with respect to the solvent is large, this problem becomes remarkable.
Thus, the inventors have intensively studied to form a coarse dispersion composition in which CNTs are dispersed in an organic solvent when producing a dispersion composition containing CNTs, and the resulting coarse dispersion composition is obtained. It has been found that the dispersibility of CNTs in the dispersion composition is excellent by performing in advance a step of forming a carbon nanotube film-like material by forming a carbon nanotube film. It was thought that once the CNTs were turned into a film-like lump, it was considered undesirable as a pretreatment for improving dispersibility, but surprisingly, this treatment significantly reduced the bundle of CNTs. It has been found that the dispersibility of CNTs in the dispersion composition is excellent.
Here, in order to make the bundle thin, it is necessary to make the dispersion condition strict, but it is known that remarkable improvement is difficult because it usually damages the CNT. However, in the present invention, by adopting a special process (the process of forming the above coarse dispersion composition and the process of forming a film-like material), the present invention succeeded in thinning the bundle while reducing damage to the CNT. it is conceivable that.
In this way, by forming a thermoelectric conversion layer using a dispersion composition containing CNTs having a small bundle diameter and few defects, CNTs are uniformly present in the layer. It is estimated that variation in conversion performance could be reduced.
In addition, since the bundle diameter of the CNTs in the dispersion composition is reduced, a good network between the CNTs is formed (that is, the number of contacts between the CNTs, which is the rate-determining of the conductivity, is increased). It is presumed that the electrical conductivity was improved. Moreover, it is thought that the thermoelectric conversion performance was also improved with the improvement of the electrical conductivity of the thermoelectric conversion layer.

以下、本発明の分散組成物の製造方法に含まれる工程および含まれ得る工程について詳細に説明する。   Hereafter, the process included in the manufacturing method of the dispersion composition of this invention and the process which may be included are demonstrated in detail.

〔工程A〕
工程Aは、CNTと、有機溶媒と、を混合して、粗分散組成物を得る工程である。本工程により、有機溶媒中にCNTが分散した粗分散組成物が得られる。本工程により、CNTの束がある程度ほぐれて、有機溶媒中にCNTが分散した粗分散組成物が得られる。
[Process A]
Step A is a step in which a CNT and an organic solvent are mixed to obtain a coarse dispersion composition. By this step, a coarse dispersion composition in which CNTs are dispersed in an organic solvent is obtained. By this step, a bundle of CNTs is loosened to some extent, and a coarse dispersion composition in which CNTs are dispersed in an organic solvent is obtained.

CNTと有機溶媒との混合は、これに限定されないが、例えば、ホモジナイザー、薄膜旋回、ジョークラッシャー、自動乳鉢、超遠心粉砕、ジェットミル、カッティングミル、ディスクミル、ボールミル、自転公転撹拌、超音波分散などの方法を実施できる装置を用いて行うことができる。これらの混合方法の中でも、バンドル径の制御が容易になるという観点、およびCNTに欠陥が生じることを少なくできるという観点から、工程Aにおける混合をホモジナイザー、ジェットミルによって行うことが好ましく、ホモジナイザーを用いることがより好ましい。また、必要に応じて、これらの方法を2つ以上組み合わせてもよい。
混合時の条件(混合時間、混合時の温度など)は、特に限定されるものではないが、後述の工程Bの膜状物におけるCNTのバンドル径が、200nm以下になるような条件で行われることが好ましく、150nm以下になるような条件で行われることがより好ましく、100nm以下になるような条件で行われることがさらに好ましい。これにより、後の工程Cにおける分散組成物中でのCNTの分散性がより向上する。特に、上述したホモジナイザーを工程Aにおける混合に用いると、工程Bにおける膜状物に含まれるCNTのバンドル径を200nm以下にすることが容易であるという観点から好ましい。
本発明においてCNTのバンドル径とは、CNTの束の平均短軸径のことを指す。CNTのバンドル径は、工程Bの膜状物を、SEM(走査型電子顕微鏡)で50,000倍に拡大して撮影した画像から確認できるバンドル一本当たりの繊維の幅を任意の20箇所で測定し、その平均値を算出した値である。
The mixing of the CNT and the organic solvent is not limited to this. For example, homogenizer, thin film swirl, jaw crusher, automatic mortar, ultracentrifugation, jet mill, cutting mill, disk mill, ball mill, rotation revolution stirring, ultrasonic dispersion It can carry out using the apparatus which can implement methods, such as. Among these mixing methods, it is preferable to perform the mixing in the step A by a homogenizer or a jet mill from the viewpoint of easy control of the bundle diameter and the possibility of reducing the occurrence of defects in the CNT, and a homogenizer is used. It is more preferable. Moreover, you may combine two or more of these methods as needed.
The mixing conditions (mixing time, mixing temperature, etc.) are not particularly limited, but the conditions are such that the bundle diameter of CNTs in a film-like product in Step B described later is 200 nm or less. It is preferable that the reaction is performed under a condition that the thickness is 150 nm or less, and it is more preferable that the reaction is performed under a condition that the thickness is 100 nm or less. Thereby, the dispersibility of CNT in the dispersion composition in the subsequent process C is further improved. In particular, the use of the above-described homogenizer for mixing in the step A is preferable from the viewpoint that it is easy to make the bundle diameter of the CNT contained in the film-like material in the step B 200 nm or less.
In the present invention, the bundle diameter of CNT refers to the average minor axis diameter of the bundle of CNTs. The bundle diameter of the CNTs can be determined by checking the width of the fiber per bundle at 20 arbitrary positions, which can be confirmed from an image obtained by magnifying the film-like material in Step B by 50,000 times with a scanning electron microscope (SEM). It is the value which measured and calculated the average value.

(カーボンナノチューブ)
本発明の工程Aで用いるカーボンナノチューブ(CNT)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、および、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、導電性および半導体特性において優れた性質を持つ単層CNTおよび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が、熱電変換性能の観点から半導体性CNTの含有量が高いものが好ましい。また、CNTには金属等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(特にフラーレンを内包したものをピーポッドという)を用いてもよい。
CNTは、1種のみを単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
(carbon nanotube)
The carbon nanotube (CNT) used in the step A of the present invention is a single-walled CNT in which one 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, There is a multilayer CNT in which a plurality of graphene 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 together, but those having a high content of semiconducting CNTs from the viewpoint of thermoelectric conversion performance. preferable. In addition, a metal or the like may be included in the CNT, and a substance in which a molecule such as fullerene is included (in particular, a substance in which fullerene is included is referred to as a peapod) may be used.
CNTs may be used alone or in combination of two or more.

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および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ることがある。これら副生成物を除去するために精製してもよい。CNTの精製方法は特に限定されないが、洗浄、遠心分離、ろ過、酸化、焼成、クロマトグラフ等の方法が挙げられる。その他に、硝酸、硫酸等による酸処理、超音波処理も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, fullerenes, graphite, and amorphous carbon may be produced as by-products at the same time. You may refine | purify in order to remove these by-products. Although the purification method of CNT is not specifically limited, Methods, such as washing | cleaning, centrifugation, filtration, oxidation, baking, and a chromatograph, are mentioned. In addition, acid treatment with nitric acid, sulfuric acid, etc. and ultrasonic treatment are also 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。CNTは、硝酸、硫酸等による酸処理、超音波処理、凍結粉砕法等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。
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. 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.

CNTの平均長さは特に限定されないが、製造容易性、成膜性、導電性等の観点から、0.01〜1000μmであることが好ましく、0.1〜100μmであることがより好ましい。
また、CNTの直径は特に限定されないが、耐久性、成膜性、導電性、熱電変換性能等の観点から、0.4〜100nmが好ましく、0.5〜4.0nmがより好ましく、0.6〜3.0nmがさらに好ましく、0.7〜2.0nmが特に好ましい。
CNTの70%以上の直径分布(以下、「70%以上の直径分布」を単に「直径分布」とも言う)が、3.0nm以内であることが好ましく、2.0nm以内であることがより好ましく、1.0nm以内であることがより好ましく、0.7nm以内であることが特に好ましい。
直径、直径分布は以下の方法で測定できる。
本明細書では、単層カーボンナノチューブの直径を下記のようにして評価した。すなわち、単層カーボンナノチューブの532nm励起光でのラマンスペクトルを測定し(励起波長532nm)、ラジアルブリージング(RBM)モードのシフトω(RBM)(cm−1)より、下記算出式を用いて算出した。最大ピークより算出した値をCNTの直径とした。直径分布は各ピークトップの分布から求めた。
算出式:直径(nm)=248/ω(RBM)
The average length of CNTs is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 1000 μm, more preferably 0.1 to 100 μm, from the viewpoints of manufacturability, film formability, conductivity, and the like.
The diameter of the CNT is not particularly limited, but is preferably 0.4 to 100 nm, more preferably 0.5 to 4.0 nm, from the viewpoints of durability, film formability, conductivity, thermoelectric conversion performance, and the like. 6 to 3.0 nm is more preferable, and 0.7 to 2.0 nm is particularly preferable.
70% or more diameter distribution of CNT (hereinafter, “70% or more diameter distribution” is also simply referred to as “diameter distribution”) is preferably within 3.0 nm, and more preferably within 2.0 nm. , More preferably within 1.0 nm, particularly preferably within 0.7 nm.
The diameter and diameter distribution can be measured by the following method.
In this specification, the diameter of the single-walled carbon nanotube was evaluated as follows. That is, the Raman spectrum of the single-walled carbon nanotube with 532 nm excitation light was measured (excitation wavelength: 532 nm), and calculated from the radial breathing (RBM) mode shift ω (RBM) (cm −1 ) using the following calculation formula. . The value calculated from the maximum peak was taken as the CNT diameter. The diameter distribution was obtained from the distribution of each peak top.
Calculation formula: Diameter (nm) = 248 / ω (RBM)

工程Aで添加するカーボンナノチューブの添加量は、工程Aで添加する有機溶媒に対して、0.001〜50w/v%であることが好ましく、0.01〜25w/v%であることがより好ましく、0.01〜10w/v%であることがさらに好ましい。この範囲にあることで、工程Bの膜状物におけるバンドル径を制御でき、工程Cにおけるカーボンナノチューブの分散性が向上する。   The amount of carbon nanotubes added in step A is preferably 0.001 to 50 w / v% and more preferably 0.01 to 25 w / v% with respect to the organic solvent added in step A. Preferably, it is more preferable that it is 0.01-10 w / v%. By being in this range, the bundle diameter in the film-like material in Step B can be controlled, and the dispersibility of the carbon nanotubes in Step C is improved.

(有機溶媒)
本発明の工程Aで用いる有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、メトキシエトキシエタノール、ブトキシエタノール、ブチルカルビトール、ヘキシルオキシエタノール、オクタノール、1−メトキシ−2−プロパノール、エチレングリコール等のアルコール系溶媒、クロロホルム等の脂肪族ハロゲン系溶媒、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、N−エチル−2−ピロリドン、ジメチルスルホキシド(DMSO)等の非プロトン性の極性溶媒、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、メシチレン、テトラリン、テトラメチルベンゼン、アニソール、チオアニソール、フルオロベンゼン、トリフルオロメチルベンゼン、ピリジン、キノリン等の芳香族系溶媒、シクロヘキサノン、アセトン、メチルエチルケントン、メチルイソブチルケトン、ジエチルケトン、イソホロン、アセトフェノン等のケトン系溶媒、ジエチルエーテル、THF(テトラヒドロフラン)、t−ブチルメチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジメトキシエタン、ジオキサン、ジグライム等のエーテル系溶媒、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ジアセトキシプロパン等のエステル溶媒、プロピレングリコール1−モノメチルエーテル2−アセタート等が挙げられる。
有機溶媒は、1種単独でまたは2種以上組み合わせて使用することができる。
(Organic solvent)
Examples of the organic solvent used in Step A of the present invention include methanol, ethanol, isopropanol, butanol, methoxyethoxyethanol, butoxyethanol, butyl carbitol, hexyloxyethanol, octanol, 1-methoxy-2-propanol, ethylene glycol and the like. Alcohol solvents, aliphatic halogen solvents such as chloroform, N, N-dimethylformamide (DMF), N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), N-ethyl-2-pyrrolidone, Aprotic polar solvents such as dimethyl sulfoxide (DMSO), chlorobenzene, dichlorobenzene, trichlorobenzene, benzene, toluene, ethylbenzene, xylene, mesitylene, tetralin, tetramethylbenzene, aniline , Aromatic solvents such as thioanisole, fluorobenzene, trifluoromethylbenzene, pyridine, quinoline, ketone solvents such as cyclohexanone, acetone, methyl ethyl kenton, methyl isobutyl ketone, diethyl ketone, isophorone, acetophenone, diethyl ether , THF (tetrahydrofuran), t-butyl methyl ether, diisopropyl ether, dimethoxyethane, dioxane, diglyme and other ether solvents, methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, diacetoxypropane and other ester solvents, propylene glycol 1-monomethyl ether Examples include 2-acetate.
An organic solvent can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

〔工程B〕
工程Bは、上記粗分散組成物を用いてカーボンナノチューブ膜状物(以下、「CNT膜状物」ともいう。)を得る工程である。これにより、シート(布)状のCNT膜が得られる。本工程では、工程Aで得られた粗分散組成物を用いてCNT膜状物を形成することにより、200nm以下、好ましくは150nm、さらに好ましくは100nm以下のバンドル径をもつCNTが、膜状物中に略均一に分散して存在することになる。このようなバンドル径の小さいCNT膜状物を後述の工程Cで用いることで、工程Cで得られる分散組成物に含まれるCNTの分散性が優れたものになり、その結果、高濃度のCNTの分散液を得ることができたと推測される。
[Process B]
Step B is a step of obtaining a carbon nanotube film (hereinafter also referred to as “CNT film”) using the coarse dispersion composition. Thereby, a sheet (cloth) -like CNT film is obtained. In this step, CNTs having a bundle diameter of 200 nm or less, preferably 150 nm, more preferably 100 nm or less are formed by forming the CNT film using the coarse dispersion composition obtained in Step A. It will be dispersed in a substantially uniform manner. By using such a CNT film-like material having a small bundle diameter in Step C, which will be described later, the dispersibility of CNT contained in the dispersion composition obtained in Step C becomes excellent. It is estimated that a dispersion liquid of was able to be obtained.

粗分散組成物を膜化する方法としては、特に限定されないが、例えば、粗分散組成物を濾取することにより有機溶媒を除去してCNT膜状物を得る方法が挙げられる。濾取は、脱溶媒の速度が向上し、成膜の生産性が向上するという点から、減圧吸引下で行うことが好ましい。
また、各種印刷、スプレー、ディップコート、遠心分離などの方法によってもCNT膜状物を得ることができる。
The method for forming the coarsely dispersed composition into a film is not particularly limited, and examples thereof include a method of obtaining a CNT film by removing the organic solvent by filtering the coarsely dispersed composition. The filtration is preferably carried out under reduced pressure from the viewpoint of improving the speed of solvent removal and improving the productivity of film formation.
The CNT film-like material can also be obtained by various methods such as printing, spraying, dip coating, and centrifugation.

工程Bでは、有機溶媒の除去を効率的に行える等の観点から、CNT膜状物を乾燥させる乾燥処理を実施してもよい。
乾燥処理の条件としては、特に限定されないが、一般的に20〜500℃で5分〜24時間行われる。乾燥雰囲気は特に限定されず、大気雰囲気下、窒素、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気下、アルゴン/水素などの還元雰囲気下などで行われる。また、乾燥処理に使用する装置としては特に限定されず、公知の装置を用いて行うことができる。
In Step B, from the viewpoint of efficiently removing the organic solvent, a drying process for drying the CNT film-like material may be performed.
Although it does not specifically limit as conditions of a drying process, Generally, it is performed at 20-500 degreeC for 5 minutes-24 hours. The drying atmosphere is not particularly limited, and is performed in an air atmosphere, an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon, or a reducing atmosphere such as argon / hydrogen. Moreover, it does not specifically limit as an apparatus used for a drying process, It can carry out using a well-known apparatus.

工程BにおいてCNT膜状物の膜厚は、特に限定されないが、後述の工程CにおけるCNTの分散性の観点から、1μm〜1mmであることが好ましく、1μm〜500μmであることがより好ましい。
また、CNT膜状物の単位体積あたりの質量(密度)は、後述する工程CにおけるCNTの分散性がより向上するという観点から、0.01〜1.2g/cmであることが好ましく、0.1〜1.0g/cmであることがより好ましく、0.3〜0.8g/cmであることが特に好ましい。
In Step B, the film thickness of the CNT film is not particularly limited, but is preferably 1 μm to 1 mm, more preferably 1 μm to 500 μm, from the viewpoint of CNT dispersibility in Step C described later.
Further, the mass per unit volume (density) of the CNT film-like material is preferably 0.01 to 1.2 g / cm 3 from the viewpoint that the dispersibility of CNT in the step C described later is further improved. more preferably 0.1 to 1.0 g / cm 3, particularly preferably 0.3 to 0.8 g / cm 3.

〔工程C〕
工程Cは、分散剤と、溶媒Aと、上記溶媒Aに対して1w/v%以上、好ましくは2w/v%以上の上記カーボンナノチューブ膜状物と、を混合して、分散組成物を得る工程である。
[Process C]
In Step C, a dispersing agent is obtained by mixing the dispersant, the solvent A, and the carbon nanotube film-like material of 1 w / v% or more, preferably 2 w / v% or more with respect to the solvent A. It is a process.

工程Cにおける各成分の混合は、これに限定されないが、例えば、ホモジナイザー、薄膜旋回、ジョークラッシャー、自動乳鉢、超遠心粉砕、ジェットミル、カッティングミル、ディスクミル、ボールミル、ロールミル、自転公転撹拌、超音波分散などの方法を実施できる装置を用いて行うことができる。これらの方法の中でも、工程Cにおける混合は、薄膜旋回法により行うことが好ましい。また、これらの方法は、2つ以上を組み合わせて行ってもよい。
ここで薄膜旋回法とは、分散処理対象物を遠心力により装置内面(内壁面)に薄膜円筒状に押し付けた状態で高速回転させて、遠心力および装置内面との速度差により発生するずり応力を分散処理対象物等に作用させることにより、薄膜円筒状の分散処理対象物内で分散対象物を分散させる分散方法である。薄膜旋回法を実施できる装置としては、例えば、薄膜旋回型高速ミキサー「フィルミックス」(登録商標)シリーズ(プライミックス社製)を好適に用いることができる。
薄膜旋回法は、遠心力とずり応力とで各成分を分散させるものであり、混合時におけるCNTの切断や欠陥の発生も抑えることができる。
工程Cにおける混合時の条件(混合時間、混合時の温度など)は、特に限定されるものではなく、公知の条件に準じて行えばよい。
The mixing of each component in the process C is not limited to this, but for example, a homogenizer, a thin film swirl, a jaw crusher, an automatic mortar, an ultracentrifugal pulverization, a jet mill, a cutting mill, a disc mill, a ball mill, a roll mill, a rotation and revolution stirring, a super It can be performed using an apparatus capable of performing a method such as sonic dispersion. Among these methods, the mixing in the step C is preferably performed by a thin film swirl method. Moreover, you may perform these methods combining 2 or more.
Here, the thin film swirl method is a shear stress generated by centrifugal force and the difference in speed between the inner surface of the apparatus and the inner surface of the apparatus by rotating it at a high speed while being pressed against the inner surface (inner wall surface) of the apparatus. Is a dispersion method in which a dispersion target is dispersed in a thin-film cylindrical dispersion target. As an apparatus capable of performing the thin film swirl method, for example, a thin film swirl type high-speed mixer “FILMIX” (registered trademark) series (manufactured by Primix) can be suitably used.
The thin film swirl method disperses each component by centrifugal force and shear stress, and can suppress the cutting of CNTs and the occurrence of defects during mixing.
The mixing conditions (mixing time, mixing temperature, etc.) in step C are not particularly limited, and may be performed according to known conditions.

工程Cでは、分散組成物の脱泡を目的として、さらに脱泡処理を行ってもよい。脱泡処理には、自転公転攪拌方法が好ましく用いられる。なお、脱泡処理は、脱泡のみを目的とすることに限らず、各成分をさらに混合するという目的で行われてもよい。
脱泡処理の条件(脱泡時間、脱泡時の温度)については、特に限定されるものではない。
In step C, a defoaming treatment may be further performed for the purpose of defoaming the dispersion composition. For the defoaming treatment, a rotation and revolution stirring method is preferably used. Note that the defoaming treatment is not limited to the purpose of defoaming alone, and may be performed for the purpose of further mixing each component.
The conditions for defoaming treatment (defoaming time, temperature at the time of defoaming) are not particularly limited.

(分散剤)
分散剤としては、CNTを分散させる機能を有しているものであれば特に限定されるものではなく、CNTに吸着する官能基(例えば、アルキル基、ピレン、アントラセン、ターフェニレン、ポルフィリンなどの芳香族基、コレステロールなどの脂環基など)と、CNTの凝集を抑制する立体反発基(直鎖、分岐のアルキル基、ポリアクリル酸エステルなどのポリマー由来の基など)、静電反発基(例えば、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基などの塩、アンモニウム基など)と、を有するものであれば、低分子、高分子問わず使用可能であるが、中でも界面活性剤を用いることが好ましい。
界面活性剤とは、分子内に水になじみやすい部分(親水基)と、水とはなじみにくい部分(疎水性基)を有する化合物である。本明細書においては、界面活性剤としては、低分子化合物(分子量1000以下の化合物)であってもよいし、所定の繰り返し単位を有する高分子化合物であってもよい。
界面活性剤の種類は特に制限されず、CNTを分散させる機能を有するものであれば、公知の界面活性剤を使用することができる。より具体的には、界面活性剤は、水、極性溶媒、水と極性溶媒との混合物に溶解し、CNTに対する吸着性を有するものであれば、各種の界面活性剤が利用可能である。
例えば、イオン性界面活性剤(アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤)、非イオン性界面活性剤(ノニオン性界面活性剤)などが挙げられる。CNTの分散性が良好で熱電変換層の熱電変換性能が優れ、洗浄による除去が容易という観点から、イオン性界面活性剤が好ましく、アニオン性界面活性剤がより好ましい。
(Dispersant)
The dispersant is not particularly limited as long as it has a function of dispersing CNT, and a functional group adsorbed on CNT (for example, an aromatic group such as an alkyl group, pyrene, anthracene, terphenylene, porphyrin, etc.). Group, alicyclic groups such as cholesterol), steric repulsion groups (groups derived from polymers such as linear and branched alkyl groups, polyacrylates, etc.) that suppress the aggregation of CNTs, electrostatic repulsion groups (for example, , Carboxyl group, sulfonic acid group, phosphoric acid group salt, ammonium group, etc.) can be used regardless of whether it is a low molecular weight polymer or a high molecular weight material. Among these, a surfactant is preferably used. .
The surfactant is a compound having a portion (hydrophilic group) that is easily compatible with water and a portion (hydrophobic group) that is not easily compatible with water in the molecule. In the present specification, the surfactant may be a low molecular compound (a compound having a molecular weight of 1000 or less) or a polymer compound having a predetermined repeating unit.
The type of the surfactant is not particularly limited, and any known surfactant can be used as long as it has a function of dispersing CNTs. More specifically, various surfactants can be used as long as they are dissolved in water, a polar solvent, a mixture of water and a polar solvent, and have an adsorptivity to CNTs.
Examples thereof include ionic surfactants (anionic surfactants, cationic surfactants, amphoteric surfactants) and nonionic surfactants (nonionic surfactants). From the viewpoint of good dispersibility of CNTs, excellent thermoelectric conversion performance of the thermoelectric conversion layer, and easy removal by washing, an ionic surfactant is preferable, and an anionic surfactant is more preferable.

アニオン性界面活性剤としては、例えば、脂肪酸塩類、アビエチン酸塩類、ヒドロキシアルカンスルホン酸塩類、アルカンスルホン酸塩類、芳香族スルホン酸系界面活性剤、ジアルキルスルホコハク酸塩類、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩類、分岐鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩類、アルキルナフタレンスルホン酸塩類、アルキルフェノキシポリオキシエチレンプロピルスルホン酸塩類、ポリオキシエチレンアルキルスルホフェニルエーテル塩類、N−メチル−N−オレイルタウリンナトリウム類、N−アルキルスルホコハク酸モノアミド二ナトリウム塩類、石油スルホン酸塩類、硫酸化ヒマシ油、硫酸化牛脂油、脂肪酸アルキルエステルの硫酸エステル塩類、アルキル硫酸エステル塩類、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩類、脂肪酸モノグリセリド硫酸エステル塩類、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸エステル塩類、ポリオキシエチレンスチリルフェニルエーテル硫酸エステル塩類、アルキル燐酸エステル塩類、ポリオキシエチレンアルキルエーテル燐酸エステル塩類、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル燐酸エステル塩類、スチレン−無水マレイン酸共重合物の部分けん化物類、オレフィン−無水マレイン酸共重合物の部分けん化物類、ナフタレンスルホン酸塩ホルマリン縮合物類、芳香族スルホン酸塩類、芳香族置換ポリオキシエチレンスルホン酸塩類、モノソープ系アニオン性界面活性剤、エーテルサルフェート系界面活性剤、フォスフェート系界面活性剤およびカルボン酸系界面活性剤、脂肪酸塩等が挙げられる。
より具体的には、オクチルベンゼンスルホン酸塩、ノニルベンゼンスルホン酸塩、ドデシルスルホン酸塩、ドデシルベンゼンスルホン酸塩、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸塩、モノイソプロピルナフタレンスルホン酸塩、ジイソプロピルナフタレンスルホン酸塩、トリイソプロピルナフタレンスルホン酸塩、ジブチルナフタレンスルホン酸塩、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物塩、コール酸ナトリウム、コール酸カリウム、デオキシコール酸ナトリウム、デオキシコール酸カリウム、グリココール酸ナトリウム、リトコール酸ナトリウム、セチルトリメチルアンモニウムブロミド等が挙げられる。
Examples of the anionic surfactant include fatty acid salts, abietic acid salts, hydroxyalkane sulfonates, alkane sulfonates, aromatic sulfonic acid surfactants, dialkyl sulfosuccinates, linear alkyl benzene sulfonates, branched Chain alkylbenzene sulfonates, alkylnaphthalene sulfonates, alkylphenoxy polyoxyethylene propyl sulfonates, polyoxyethylene alkyl sulfophenyl ether salts, sodium N-methyl-N-oleyl taurate, disodium N-alkylsulfosuccinate monoamide Salts, petroleum sulfonates, sulfated castor oil, sulfated beef tallow oil, sulfate esters of fatty acid alkyl esters, alkyl sulfate esters, polyoxyethylene alkyl ether sulfates Tell salt, fatty acid monoglyceride sulfate ester, polyoxyethylene alkylphenyl ether sulfate ester salt, polyoxyethylene styryl phenyl ether sulfate ester salt, alkyl phosphate ester salt, polyoxyethylene alkyl ether phosphate ester salt, polyoxyethylene alkylphenyl ether phosphate Ester salts, saponification products of styrene-maleic anhydride copolymer, saponification products of olefin-maleic anhydride copolymer, naphthalene sulfonate formalin condensates, aromatic sulfonates, aromatic substituted poly Examples thereof include oxyethylene sulfonates, monosoap anionic surfactants, ether sulfate surfactants, phosphate surfactants and carboxylic acid surfactants, and fatty acid salts.
More specifically, octylbenzene sulfonate, nonylbenzene sulfonate, dodecyl sulfonate, dodecyl benzene sulfonate, dodecyl diphenyl ether disulfonate, monoisopropyl naphthalene sulfonate, diisopropyl naphthalene sulfonate, triisopropyl Naphthalene sulfonate, dibutyl naphthalene sulfonate, naphthalene sulfonate formalin condensate, sodium cholate, potassium cholate, sodium deoxycholate, potassium deoxycholate, sodium glycocholate, sodium lithocholic acid, cetyltrimethylammonium bromide Etc.

カチオン性界面活性剤としては、例えば、アルキルアミン塩、第四級アンモニウム塩などが挙げられる。
両性界面活性剤としては、例えば、アルキルベタイン系界面活性剤、アミンオキサイド系界面活性剤がある。
Examples of the cationic surfactant include alkylamine salts and quaternary ammonium salts.
Examples of amphoteric surfactants include alkyl betaine surfactants and amine oxide surfactants.

非イオン性界面活性剤しては、例えば、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルなどの糖エステル系界面活性剤、ポリオキシエチレン樹脂酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸ジエチルなどの脂肪酸エステル系界面活性剤、多価アルコール型のグリセロールの脂肪酸エステル、ペンタエリスリトールの脂肪酸エステル、ソルビトールおよびソルビタンの脂肪酸エステル、ショ糖の脂肪酸エステル、多価アルコールのアルキルエーテル、アルカノールアミン類の脂肪酸アミド、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレン・ポリプロピレングリコールなどのエーテル系界面活性剤、ポリオキシアルキレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシアルキレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシアルキルジブチルフェニルエーテル、ポリオキシアルキルスチリルフェニルエーテル、ポリオキシアルキルベンジルフェニルエーテル、ポリオキシアルキルビスフェニルエーテル、ポリオキシアルキルクミルフェニルエーテル等の芳香族系非イオン性界面活性剤が挙げられる。
また、非イオン性界面活性剤としては、いわゆる水溶性ポリマーを使用することもでき、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、アミロース、シクロアミロース、キトサン等の糖類ポリマーなども使用できる。
Examples of nonionic surfactants include sugar ester surfactants such as sorbitan fatty acid esters and polyoxyethylene sorbitan fatty acid esters, and fatty acid ester surfactants such as polyoxyethylene resin acid esters and polyoxyethylene fatty acid diethyls. Glycerol fatty acid ester, pentaerythritol fatty acid ester, sorbitol and sorbitan fatty acid ester, sucrose fatty acid ester, polyhydric alcohol alkyl ether, alkanolamine fatty acid amide, polyoxyethylene alkyl ether , Ether surfactants such as polyoxyethylene alkylphenyl ether, polyoxyethylene / polypropylene glycol, polyoxyalkylene octylphenyl ether, polyoxyethylene Aromatic nonionic surface activity such as alkylene nonyl phenyl ether, polyoxyalkyl dibutyl phenyl ether, polyoxyalkyl styryl phenyl ether, polyoxyalkyl benzyl phenyl ether, polyoxyalkyl bisphenyl ether, polyoxyalkyl cumyl phenyl ether Agents.
As the nonionic surfactant, a so-called water-soluble polymer can be used, and for example, saccharide polymers such as polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, amylose, cycloamylose, and chitosan can be used.

このような界面活性剤の中でも、イオン性界面活性剤が好ましく、アニオン系界面活性剤がより好ましい。その中でも、コール酸塩およびデオキシコール酸塩は、より好適に利用される。
イオン性界面活性剤、特に、界面活性剤としてコール酸塩およびデオキシコール酸塩を用いることにより、分散組成物中でCNTを良好に分散することができる。その結果、長く、欠陥が少ないCNTを多く含有する熱電変換層を形成できるため、より熱電変換性能が良好な熱電変換素子を得ることができる。
また、CNTを高濃度で分散できるので、厚膜化することが容易である。その結果、高い熱電変換性能を得ることができる。
Among such surfactants, ionic surfactants are preferable, and anionic surfactants are more preferable. Among these, cholate and deoxycholate are more preferably used.
By using ionic surfactants, particularly cholate and deoxycholate as surfactants, CNTs can be well dispersed in the dispersion composition. As a result, it is possible to form a thermoelectric conversion layer containing many CNTs that are long and have few defects, and thus a thermoelectric conversion element with better thermoelectric conversion performance can be obtained.
Further, since CNT can be dispersed at a high concentration, it is easy to increase the film thickness. As a result, high thermoelectric conversion performance can be obtained.

分散剤の添加量としては、工程Cで得られる分散組成物に含まれるカーボンナノチューブの質量に対して、0.1〜100倍であることが好ましく、1〜10倍であることがより好ましく、1〜5倍であることが特に好ましい。分散剤の添加量が上記範囲内にあることで、上述した効果がより発揮される傾向にある。   The amount of the dispersant added is preferably 0.1 to 100 times, more preferably 1 to 10 times the mass of the carbon nanotubes contained in the dispersion composition obtained in Step C. It is particularly preferably 1 to 5 times. It exists in the tendency for the effect mentioned above to be exhibited more because the addition amount of a dispersing agent exists in the said range.

<溶媒A>
溶媒Aとしては、水、有機溶媒およびこれらの混合溶媒を用いることができる。有機溶媒としては、上述した工程Aにおける有機溶媒が挙げられるのでその説明を省略する。
溶媒Aとしては、分散剤のCNT吸着基のCNTに対する吸着性が向上し、分散性がより向上するという観点から、ClogP値が−0.5以下であるものを用いることが好ましく、ClogP値が−2〜−0.5であることがより好ましい。
ClogP値が−0.5以下である溶媒としては、例えば、水(−1.38)、メタノール(−0.764)、メトキシエタノール(−0.606)、メトキシエトキシエタノール(−0.742)、ジメチルスルホキシド(−1.38)、グリセロール(−1.54)等が挙げられ、水が好ましい。これらは、単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。
<Solvent A>
As the solvent A, water, an organic solvent, and a mixed solvent thereof can be used. As an organic solvent, since the organic solvent in the process A mentioned above is mentioned, the description is abbreviate | omitted.
As the solvent A, it is preferable to use a solvent having a ClogP value of −0.5 or less from the viewpoint of improving the adsorptivity of the CNT adsorbing group of the dispersant to CNT and further improving the dispersibility. More preferably, it is −2 to −0.5.
Examples of the solvent having a ClogP value of −0.5 or less include water (−1.38), methanol (−0.764), methoxyethanol (−0.606), and methoxyethoxyethanol (−0.742). , Dimethyl sulfoxide (−1.38), glycerol (−1.54) and the like, and water is preferable. These may be used alone or in admixture of two or more.

ここで、ClogP値については以下のとおりである。
まず、logP値とは、分配係数P(Partition Coefficient)の常用対数を意味し、ある化合物が油(ここではn−オクタノール)と水の2相系の平衡でどのように分配されるかを定量的な数値として表す物性値であり、数字が大きいほど疎水性の化合物であることを示し、数字が小さいほど親水性の化合物であることを示すため、化合物の親疎水性を表す指標として用いることができる。
Here, the ClogP value is as follows.
First, the log P value means the common logarithm of the partition coefficient P (Partition Coefficient), and quantifies how a compound is distributed in the equilibrium of a two-phase system of oil (here, n-octanol) and water. It is a physical property value expressed as a numerical value. A larger number indicates a hydrophobic compound, and a smaller number indicates a hydrophilic compound. Therefore, it can be used as an index indicating the hydrophilicity / hydrophobicity of a compound. it can.

logP=log(Coil/Cwater)
Coil=油相中のモル濃度
Cwater=水相中のモル濃度
logP = log (Coil / Cwater)
Coil = Molar concentration in oil phase Cwater = Molar concentration in water phase

一般に、logP値は、n−オクタノールと水を用いて実測により求めることもできるが、本発明においては、logP値推算プログラムを使用して求められる分配係数(ClogP値)(計算値)を使用する。具体的には、本明細書においては、“ChemBioDraw ultra ver.12”から求められるClogP値を使用する。   In general, the logP value can also be obtained by actual measurement using n-octanol and water, but in the present invention, a distribution coefficient (ClogP value) (calculated value) obtained using a logP value estimation program is used. . Specifically, in this specification, the ClogP value obtained from “ChemBioDraw ultra ver.12” is used.

<カーボンナノチューブ膜状物>
カーボンナノチューブ膜状物(CNT膜状物)は、上述した工程Bにより得られる。CNT膜状物は、CNTの分散性の観点から所望のサイズに切断して用いてもよい。
CNT膜状物の添加量は、溶媒Aの添加量に対して、1w/v%以上であり、1〜20w/v%であることが好ましく、2〜20w/v%であることがより好ましい。CNT膜状物の添加量が上記範囲内にあることで、工程CにおいてCNTの分散性の高い分散組成物が得られ、また、得られる熱電変換層の熱電変換性能がより向上する。特に、本発明においては、CNT膜状物の添加量が溶媒Aの添加量に対して1w/t%以上という高濃度であるが、上述した工程Aおよび工程Bを実施することにより、CNTの高濃度化と、CNTの分散性の向上という、相反する性能を満たすことができる。
なお、本発明において「w/v%」とは、質量(g)/容積(ml)を表す。
<Carbon nanotube film>
The carbon nanotube film (CNT film) is obtained by the process B described above. The CNT film may be cut into a desired size from the viewpoint of CNT dispersibility.
The addition amount of the CNT film-like material is 1 w / v% or more with respect to the addition amount of the solvent A, preferably 1 to 20 w / v%, and more preferably 2 to 20 w / v%. . When the added amount of the CNT film is within the above range, a dispersion composition having high CNT dispersibility is obtained in Step C, and the thermoelectric conversion performance of the resulting thermoelectric conversion layer is further improved. In particular, in the present invention, the amount of CNT film-like material added is as high as 1 w / t% or more with respect to the amount of solvent A added. The contradictory performance of increasing the concentration and improving the dispersibility of CNTs can be satisfied.
In the present invention, “w / v%” represents mass (g) / volume (ml).

<ドーパント>
工程Aおよび工程Cの少なくとも一方の工程において、ドーパントを添加することが好ましく、工程Cにおいてドーパントを添加することがより好ましい。これにより、得られる熱電変換層の導電率や性能指数Zをより向上することができる。
ドーパントは、上述した成分を添加するのと同じタイミングで添加してもよいし、上述した成分の混合が終わった後に添加してもよい。
ドーパントを添加する場合の添加量としては、工程Cで得られた分散組成物に含まれるカーボンナノチューブの質量に対して、0.01〜3倍であることが好ましく、0.05〜1倍であることがより好ましい。ドーパントの含有量が上記範囲内にあることで、上述した効果がより発揮される。
ドーパントは、その極性によってn型化ドーパントとp型化ドーパントとに大別することができる。以下、n型化ドーパントおよびp型化ドーパントとして使用される化合物について説明する。
<Dopant>
In at least one of step A and step C, it is preferable to add a dopant, and it is more preferable to add a dopant in step C. Thereby, the electrical conductivity and the figure of merit Z of the thermoelectric conversion layer obtained can be improved more.
The dopant may be added at the same timing as the above-described components are added, or may be added after mixing of the above-described components is completed.
As an addition amount in the case of adding a dopant, it is preferable that it is 0.01 to 3 times with respect to the mass of the carbon nanotube contained in the dispersion composition obtained at the process C, and 0.05 to 1 time. More preferably. The effect mentioned above is exhibited more because content of a dopant exists in the said range.
The dopant can be roughly classified into an n-type dopant and a p-type dopant depending on its polarity. Hereinafter, the compounds used as the n-type dopant and the p-type dopant will be described.

(n型化ドーパント)
n型化ドーパントは、CNTを還元や、電子供与してn型化できるものであれば特に限定されず、公知のものを用いることができる。
n型化ドーパントとしては、例えば、アンモニア、テトラメチルフェニレンジアミン、ステアリルアミン、ポリエチレンイミン等のアミン化合物、カリウム等のアルカリ金属、トリフェニルホスフィン、トリオクチルホスフィン、1,3−ビス(ジフェニルホスフィン)プロパン等のホスフィン系化合物、水素化ホウ素ナトリウム、水素化リチウムアルミニウム等の金属水素化物、ヒドラジン、コバルトセン等の還元性物質や電子供与体化合物等を用いることができる。具体的には、Scientific Reports 3,3344に記載されるような公知の化合物を用いることができる。
また、上述した化合物以外に、ポリオキシアルキレン系化合物やアミン化合物も用いることができる。
n型化ドーパントとしては、ポリオキシアルキレン系化合物が好ましい。
これらのn型化ドーパントは、単独で用いてもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。
(N-type dopant)
The n-type dopant is not particularly limited as long as it can be reduced to n-type by reducing CNT or donating electrons, and a known dopant can be used.
Examples of the n-type dopant include amine compounds such as ammonia, tetramethylphenylenediamine, stearylamine, and polyethyleneimine, alkali metals such as potassium, triphenylphosphine, trioctylphosphine, and 1,3-bis (diphenylphosphine) propane. Phosphine compounds such as sodium borohydride, metal hydrides such as sodium borohydride and lithium aluminum hydride, reducing substances such as hydrazine and cobaltcene, electron donor compounds and the like can be used. Specifically, known compounds as described in Scientific Reports 3,3344 can be used.
In addition to the compounds described above, polyoxyalkylene compounds and amine compounds can also be used.
As the n-type dopant, a polyoxyalkylene compound is preferable.
These n-type dopants may be used alone or in combination of two or more.

ポリオキシアルキレン系化合物としては、ポリアルキレンオキシド構造を有している化合物であれば、その構造は特に限定されない。アルキレンオキシドの好ましい例としては、エチレンオキシドまたはプロピレンオキシド、またはこれらの混合物等を挙げることができる。   The polyoxyalkylene compound is not particularly limited as long as it is a compound having a polyalkylene oxide structure. Preferable examples of the alkylene oxide include ethylene oxide or propylene oxide, or a mixture thereof.

本発明で用いることができるポリオキシアルキレン系化合物としては、例えば、ポリエチレングリコール型の高級アルコールエチレンオキサイド付加物、フェノールやナフトール等のエチレンオキサイド付加物、脂肪酸エチレンオキサイド付加物、多価アルコール脂肪酸エステルエチレンオキサイド付加物、高級アルキルアミンエチレンオキサイド付加物、脂肪酸アミドエチレンオキサイド付加物、油脂のエチレンオキサイド付加物、ポリプロピレングリコールエチレンオキサイド付加物、ジメチルシロキサン−エチレンオキサイドブロックコポリマー、ジメチルシロキサン−(プロピレンオキサイド−エチレンオキサイド)ブロックコポリマー等が挙げられる。なかでも、脂肪酸エチレンオキサイド付加物、高級アルコールエチレンオキサイド付加物、ポリプロピレングリコールエチレンオキサイド付加物を好ましく用いることができ、高級アルコールエチレンオキサイド付加物が特に好ましい。市販品としては、例えば、エマルゲン、レオドール、エマゾール、エマノーン、アミート(花王社製)、パイオニンD、パイオニンP、ニューカルゲンD、タケサーフD(竹本油脂社製)、Triton X(ダウケミカル社製)、Brij(ICI Americas社製)、Tween(Atlas Powder社製)、Nonident P−40(Shell Chemicals社製)、エマレックスCS(日本エマルジョン社製)、ニューコール(日本乳化剤社製)、レオックス、レオコール、ライオノール(ライオン スペシャリティ ケミカル社製)等を使用することができる。   Examples of polyoxyalkylene compounds that can be used in the present invention include polyethylene glycol type higher alcohol ethylene oxide adducts, ethylene oxide adducts such as phenol and naphthol, fatty acid ethylene oxide adducts, polyhydric alcohol fatty acid ester ethylene Oxide adduct, higher alkylamine ethylene oxide adduct, fatty acid amide ethylene oxide adduct, fat and oil ethylene oxide adduct, polypropylene glycol ethylene oxide adduct, dimethylsiloxane-ethylene oxide block copolymer, dimethylsiloxane- (propylene oxide-ethylene oxide) ) Block copolymer and the like. Of these, fatty acid ethylene oxide adducts, higher alcohol ethylene oxide adducts, and polypropylene glycol ethylene oxide adducts can be preferably used, and higher alcohol ethylene oxide adducts are particularly preferred. Examples of commercially available products include Emulgen, Rheodor, Emazol, Emanon, Amit (Kao Corporation), Pionin D, Pionine P, New Calgen D, Takesurf D (manufactured by Takemoto Yushi), Triton X (manufactured by Dow Chemical Company), Brij (manufactured by ICI Americas), Tween (manufactured by Atlas Powder), Nonident P-40 (manufactured by Shell Chemicals), Emalex CS (manufactured by Nippon Emulsion), New Coal (manufactured by Nippon Emulsifier), Leox, Lionol (made by Lion Specialty Chemical Co., Ltd.) can be used.

(p型化ドーパント)
p型化ドーパントは、CNTの酸化などをしてp型化できるものであれば特に限定されず、公知のものを用いることができる。
例えば、ハロゲン(ヨウ素、臭素等)、ルイス酸(PF、AsF等)、プロトン酸(塩酸、硫酸、硝酸等)、遷移金属ハロゲン化物(FeCl、SnCl等)、有機の電子受容性物質(テトラシアノキノジメタン、テトラフルオロテトラシアノキノジメタン、2,5−ジフルオロ−7,7,8,8−テトラシアノキノジメタンなどのテトラシアノキノジメタン誘導体、テトラフルオロ−1,4−ベンゾキノン、2,3−ジクロロ−5,6−ジシアノ−p−ベンゾキノン、クロラニル、2,6−ジアルキル−1,4−ベンゾキノンなどのベンゾキノン誘導体など)が挙げられる。
p型化ドーパントとしては、有機酸も用いることができる。有機酸とは、酸性を示す有機化合物類の総称であり、具体的には、カルボン酸、スルホン酸、スルフィン酸、スルフェン酸、フェノール、エノール、チオール、ホスホン酸、リン酸、ボロン酸、イミド酸、ヒドラゾン酸、ヒドロキシム酸、ヒドロキシサム酸等の、酸性を示す官能基(以下、これを酸性官能基とも言う)を有する低分子有機酸化合物や、酸性官能基と疎水基とをそれぞれ少なくとも1つ有する低分子有機酸化合物、あるいは、分子内に酸性官能基を少なくとも1つ有し、繰返し単位構造を有する有機酸ポリマーである。
酸性官能基は如何なる公知の構造を有していてもよく、例えば、カルボキシル基、チオカルボキシル基、ジチオカルボキシル基、メルカプトカルボニル基、ヒドロペルオキシ基、スルホ基、スルフィノ基、スルフェノ基、フェノール性水酸基、チオール基、リン酸基、ホスフィニコ基、ホスホノ基、セレノノ基、セレニノ基、セレネノ基、アルシニコ基、アルソノ基、ボロン酸基、ボラン酸基等が挙げられる。これら酸性官能基の中でも、本発明の効果(熱電変換性能および/または電気的安定性)がより優れる点で、カルボキシル基、リン酸基、スルホ基、チオール基、フェノール性水酸基、ボロン酸基がより好ましく、カルボキシル基がさらに好ましい。
(P-type dopant)
The p-type dopant is not particularly limited as long as it can be converted to p-type by oxidizing CNT or the like, and a known dopant can be used.
For example, halogen (iodine, bromine etc.), Lewis acid (PF 5 , AsF 5 etc.), proton acid (hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid etc.), transition metal halide (FeCl 3 , SnCl 4 etc.), organic electron accepting property Substances (tetracyanoquinodimethane derivatives such as tetracyanoquinodimethane, tetrafluorotetracyanoquinodimethane, 2,5-difluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane, tetrafluoro-1,4 -Benzoquinone, 2,3-dichloro-5,6-dicyano-p-benzoquinone, chloranil, benzoquinone derivatives such as 2,6-dialkyl-1,4-benzoquinone, etc.).
An organic acid can also be used as the p-type dopant. Organic acid is a general term for organic compounds that exhibit acidity, and specifically includes carboxylic acid, sulfonic acid, sulfinic acid, sulfenic acid, phenol, enol, thiol, phosphonic acid, phosphoric acid, boronic acid, imidoic acid. A low molecular organic acid compound having a functional group showing acidity (hereinafter also referred to as an acidic functional group), such as hydrazoic acid, hydroxymic acid, hydroxysamic acid, or the like, or at least one acidic functional group and hydrophobic group. A low molecular organic acid compound, or an organic acid polymer having at least one acidic functional group in the molecule and having a repeating unit structure.
The acidic functional group may have any known structure, for example, carboxyl group, thiocarboxyl group, dithiocarboxyl group, mercaptocarbonyl group, hydroperoxy group, sulfo group, sulfino group, sulfeno group, phenolic hydroxyl group, Examples include a thiol group, a phosphate group, a phosphinico group, a phosphono group, a selenono group, a selenino group, a seleneno group, an arsinico group, an arsono group, a boronic acid group, and a boranoic acid group. Among these acidic functional groups, a carboxyl group, a phosphate group, a sulfo group, a thiol group, a phenolic hydroxyl group, and a boronic acid group are preferred in that the effect of the present invention (thermoelectric conversion performance and / or electrical stability) is more excellent. More preferred is a carboxyl group.

有機酸に含まれる酸性官能基の数は特に制限されず、有機酸一分子当たり少なくとも1個含まれていればよいが、複数含まれていても構わない。低分子の有機酸の場合、有機酸中の酸性官能基の数の好適範囲としては、1〜10個が好ましく、1〜6個がより好ましい。
有機酸一分子に複数の酸性官能基が含まれている場合には、これら複数の酸性官能基は同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。
The number of acidic functional groups contained in the organic acid is not particularly limited as long as at least one acidic functional group is contained per molecule of the organic acid, but a plurality of acidic functional groups may be contained. In the case of a low molecular organic acid, the preferred range of the number of acidic functional groups in the organic acid is preferably 1 to 10, more preferably 1 to 6.
When a plurality of acidic functional groups are included in one organic acid molecule, the plurality of acidic functional groups may be the same or different from each other.

なお、本発明において、有機酸には、いわゆる無水物(有機酸無水物)も含まれる。有機酸無水物とは、二つのアシル基が酸素原子を共有する形の結合を有する化合物である。   In the present invention, the organic acid includes so-called anhydrides (organic acid anhydrides). An organic acid anhydride is a compound having a bond in which two acyl groups share an oxygen atom.

また、前述のように、有機酸は、分子内に酸性官能基を少なくとも1つ有し、繰返し単位構造を有する有機酸ポリマーであってもよい。有機酸ポリマーとしては、例えば、ポリビニルスルホン酸、ポリビニルホスホン酸、ポリスチレンスルホン酸、スチレン/スチレンホスホン酸共重合体、ポリ乳酸、カルボキシメチルセルロース、カルボキシエチルセルロース、キサンタンガム、カラギーナン、ペクチン、ポリガラクツロン酸、アルギン酸、コンドロイチン硫酸、デルマタン硫酸、ヘパラン硫酸、ヒアルロン酸、ケラタン硫酸、ムコイチン硫酸、カロニン酸、カラギーナン、カルボキシメチルキチン、カルボキシビニルポリマー、ポリアクリル酸、アクリル酸/メタクリル酸アルキル共重合体などが挙げられる。また、多糖、タンパク質、合成ポリマーなどがカルボキシ基、カルボキシアルキル基、スルホ基、リン酸基などの酸性基で修飾されたものも含まれる。ポリマーの酸性基は、一部もしくはすべてがナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩等の塩になっていてもよい。
本発明に用いる有機酸ポリマーの重量平均分子量には、特に制限は無いが、5000〜10,000,000が好ましく、さらに10,000〜5,000,000が好ましい。本発明において、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって測定すればよい。
As described above, the organic acid may be an organic acid polymer having at least one acidic functional group in the molecule and a repeating unit structure. Examples of the organic acid polymer include polyvinyl sulfonic acid, polyvinyl phosphonic acid, polystyrene sulfonic acid, styrene / styrene phosphonic acid copolymer, polylactic acid, carboxymethyl cellulose, carboxyethyl cellulose, xanthan gum, carrageenan, pectin, polygalacturonic acid, alginic acid, Examples thereof include chondroitin sulfate, dermatan sulfate, heparan sulfate, hyaluronic acid, keratan sulfate, mucoitin sulfate, caronic acid, carrageenan, carboxymethyl chitin, carboxyvinyl polymer, polyacrylic acid, and acrylic acid / alkyl methacrylate copolymer. Moreover, what modified polysaccharide, protein, a synthetic polymer, etc. with acidic groups, such as a carboxy group, a carboxyalkyl group, a sulfo group, and a phosphate group is also contained. A part or all of the acidic groups of the polymer may be a salt such as a sodium salt, a potassium salt, or an ammonium salt.
Although there is no restriction | limiting in particular in the weight average molecular weight of the organic acid polymer used for this invention, 5000-10,000,000 are preferable and 10,000-5,000,000 are more preferable. In the present invention, the weight average molecular weight may be measured by gel permeation chromatography (GPC).

有機酸の沸点は特に制限されないが、取り扱い性や、熱電変換素子としての用途を考慮すると、200℃以上が好ましく、220℃以上がより好ましい。
この沸点は、1気圧下での沸点を意図し、JIS 2254に準じて、例えば常圧法蒸留試験法によって測定を行ない、その初留点を沸点として用いる。
有機酸の融点は特に制限されないが、熱電変換素子としての用途を考慮すると固体酸であるのが好ましく、また、取り扱い性の点から、100℃以上が好ましく、110℃以上がより好ましく、120℃以上がさらに好ましい。上限は特に制限されないが、取り扱い性の点から、300℃以下が好ましい。
融点の測定は、JIS−0064に準じて、例えば、パーキンエルマー社製の示差走査熱量計,製品名:DSC7を用い、10mgのサンプルを流量50mL/分の窒素気流下で加熱溶融させた後、10℃/分の速度で冷却して固化させた後、引き続き10℃/分の速度で昇温する際の融解ピーク温度を使用する。
The boiling point of the organic acid is not particularly limited, but is preferably 200 ° C. or higher and more preferably 220 ° C. or higher in consideration of handleability and use as a thermoelectric conversion element.
This boiling point is intended to be a boiling point at 1 atmosphere, and is measured by, for example, an atmospheric pressure distillation test method according to JIS 2254, and the initial boiling point is used as the boiling point.
The melting point of the organic acid is not particularly limited, but it is preferably a solid acid in consideration of the use as a thermoelectric conversion element, and is preferably 100 ° C. or higher, more preferably 110 ° C. or higher, and 120 ° C. from the viewpoint of handleability. The above is more preferable. The upper limit is not particularly limited, but is preferably 300 ° C. or less from the viewpoint of handleability.
The melting point was measured according to JIS-0064, for example, using a differential scanning calorimeter manufactured by Perkin Elmer, product name: DSC7, and 10 mg of a sample was heated and melted under a nitrogen stream at a flow rate of 50 mL / min. After solidifying by cooling at a rate of 10 ° C./min, the melting peak temperature when the temperature is subsequently increased at a rate of 10 ° C./min is used.

p型化ドーパントとしては、テトラシアノキノジメタン誘導体、ベンゾキノン誘導体、有機酸が好ましい。
これらのp型化ドーパントは、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
As the p-type dopant, tetracyanoquinodimethane derivatives, benzoquinone derivatives, and organic acids are preferable.
These p-type dopants may be used alone or in combination of two or more.

<高分子化合物>
工程Aおよび工程Cの少なくとも一方の工程において、高分子化合物を添加することが好ましく、工程Cにおいて高分子化合物を添加することがより好ましい。高分子化合物はバインダーとしての機能を有するので、CNT同士の距離を広げることができる。これにより、熱伝導性を下げることができるため、性能指数Zをより向上できる。
高分子化合物は、上述した成分を添加するのと同じタイミングで添加してもよいし、上述した成分の混合が終わった後に添加してもよい。
<Polymer compound>
In at least one of Step A and Step C, it is preferable to add a polymer compound, and in Step C, it is more preferable to add a polymer compound. Since the polymer compound has a function as a binder, the distance between the CNTs can be increased. Thereby, since thermal conductivity can be lowered | hung, the figure of merit Z can be improved more.
The polymer compound may be added at the same timing as the above-described components are added, or may be added after mixing of the above-described components is completed.

高分子化合物としては、具体的には、ビニル化合物、(メタ)アクリレート化合物、カーボネート化合物、エステル化合物、エポキシ化合物、シロキサン化合物、ゼラチン等の公知の各種の高分子化合物が利用可能である。高分子化合物は、バインダーとしてCNT同士の距離を広げる機能も有する。このため、得られる熱電変換層は熱伝導率が低く、性能指数Zが向上する。高分子化合物としては、水素結合性樹脂を用いることが好ましい。
水素結合性官能基としては、水素結合性を有する官能基であればよく、例えば、OH基、NH基、NHR基(Rは、芳香族または脂肪族炭化水素を表す)、COOH基、CONH基、NHOH基、SO3H基(スルホン酸基)、−OP(=O)OH2基(リン酸基)等や、−NHCO−基、−NH−基、−CONHCO−結合、−NH−NH−結合、−C(=O)−基(カルボニル基)、−ROR−基(エーテル基:Rは、それぞれ独立に、2価の芳香族炭化水素または2価の脂肪族炭化水素を表す。ただし、2つのRは同一であっても異なっていてもよい。)等を有する基が挙げられる。
水素結合性樹脂の例としては、カルボキシメチルセルロース、カルボキシエチルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、結晶セルロース、キサンタンガム、グァーガム、ヒドロキシエチルグァーガム、カルボキシメチルグァーガム、トラガントガム、ローカストビーンガム、タマリンドシードガム、サイリウムシードガム、クインスシード、カラギーナン、ガラクタン、アラビアガム、ペクチン、プルラン、マンナン、グルコマンナン、デンプン、カードラン、カラギーナン、コンドロイチン硫酸、デルマタン硫酸、グリコーゲン、ヘパラン硫酸、ヒアルロン酸、ヒアルロン酸、ケラタン硫酸、コンドロイチン、ムコイチン硫酸、デキストラン、ケラト硫酸、サクシノグルカン、カロニン酸、アルギン酸、アルギン酸プロピレングリコール、マクロゴール、キチン、キトサン、カルボキシメチルキチン、ゼラチン、寒天、カードラン、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、カルボキシビニルポリマー、アルキル変性カルボキシビニルポリマー、ポリアクリル酸、アクリル酸/メタクリル酸アルキル共重合体、ポリエチレングリコール、(アクリル酸ヒドロキシエチル/アクリロイルジメチルタウリンナトリウム)コポリマー、(アクリロイルジメチルタウリンアンモニウム/ビニルピロリドン)コポリマー、澱粉、化工澱粉、ベントナイト等が挙げられる。なお、カルボキシル基などの酸性基を有するものは、一部もしくはすべてがナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩等の塩になっていてもよい。
Specific examples of the polymer compound include various known polymer compounds such as vinyl compounds, (meth) acrylate compounds, carbonate compounds, ester compounds, epoxy compounds, siloxane compounds, and gelatin. The polymer compound also has a function of increasing the distance between CNTs as a binder. For this reason, the obtained thermoelectric conversion layer has low thermal conductivity, and the figure of merit Z is improved. As the polymer compound, a hydrogen bonding resin is preferably used.
The hydrogen bonding functional group may be any functional group having hydrogen bonding properties, for example, OH group, NH 2 group, NHR group (R represents an aromatic or aliphatic hydrocarbon), COOH group, CONH. 2 groups, NHOH group, SO 3 H group (sulfonic acid group), —OP (═O) OH 2 group (phosphoric acid group), etc., —NHCO— group, —NH— group, —CONHCO— bond, —NH —NH— bond, —C (═O) — group (carbonyl group), —ROR— group (ether group: R each independently represents a divalent aromatic hydrocarbon or a divalent aliphatic hydrocarbon. However, two R may be same or different.) Etc. are mentioned.
Examples of hydrogen bonding resins include carboxymethyl cellulose, carboxyethyl cellulose, methyl cellulose, ethyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, methyl hydroxypropyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, crystalline cellulose, xanthan gum, guar gum, hydroxyethyl guar gum, carboxymethyl guar gum, tragacanth gum , Locust bean gum, tamarind seed gum, psyllium seed gum, quince seed, carrageenan, galactan, gum arabic, pectin, pullulan, mannan, glucomannan, starch, curdlan, carrageenan, chondroitin sulfate, dermatan sulfate, glycogen, heparan sulfate, Hyaluronic acid, hyaluronic acid, kerata Sulfuric acid, chondroitin, mucoitin sulfate, dextran, keratosulfate, succinoglucan, carolinic acid, alginic acid, propylene glycol alginate, macrogol, chitin, chitosan, carboxymethylchitin, gelatin, agar, curdlan, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, carboxy Vinyl polymer, alkyl-modified carboxyvinyl polymer, polyacrylic acid, acrylic acid / alkyl methacrylate copolymer, polyethylene glycol, (hydroxyethyl acrylate / acryloyldimethyltaurine sodium) copolymer, (acryloyldimethyltaurine ammonium / vinylpyrrolidone) copolymer, Starch, modified starch, bentonite and the like can be mentioned. In addition, what has acidic groups, such as a carboxyl group, may partly or entirely become salts, such as a sodium salt, potassium salt, and ammonium salt.

高分子化合物を添加する場合の添加量は、工程Cで得られる分散組成物中のカーボンナノチューブの質量に対して、0.01〜5倍であることが好ましく、0.1〜3倍であることがより好ましく、0.1〜1倍であることがさらに好ましい。   The amount of the polymer compound added is preferably 0.01 to 5 times, preferably 0.1 to 3 times the mass of the carbon nanotubes in the dispersion composition obtained in Step C. It is more preferable that the ratio is 0.1 to 1 times.

高分子化合物の重量平均分子量は5,000〜10,000,000であることが好ましく、10,000〜5,000,000であることがより好ましく、50,000〜5,000,000であることが特に好ましい。重量平均分子量は、ゲル透過クロマトグラフ(GPC)により測定される。
GPCは、HLC−8220GPC(東ソー(株)製)を用い、カラムとしてTSKgel G5000PWXL、TSKgel G4000PWXL、TSKgel G2500PWXL(東ソー製、7.8mmID×30cm)を用い、溶離液として10mM NaNO水溶液を用いる。また、条件としては、試料濃度を0.1質量%、流速を1.0ml/min(リファレンスは0.5ml/min)、サンプル注入量を100μl、測定温度を40℃とし、RI検出器を用いて行う。
また、検量線は、TSKstandard POLY(ETHILENE OXIDE):「SE−150」、「SE−30」、「SE−8」、「SE−5」、「SE−2」(東ソー製)、分子量3000のポリエチレングリコールおよび分子量282のヘキサエチレングリコールから作製する。
The weight average molecular weight of the polymer compound is preferably 5,000 to 10,000,000, more preferably 10,000 to 5,000,000, and 50,000 to 5,000,000. It is particularly preferred. The weight average molecular weight is measured by gel permeation chromatography (GPC).
GPC uses a HLC-8220GPC (manufactured by Tosoh Corporation), TSKgel G5000PW XL as a column, TSKgel G4000PW XL, TSKgel G2500PW XL ( Tosoh, 7.8 mm ID × 30 cm) using a 10 mM NaNO 3 solution as eluent Use. In addition, as conditions, the sample concentration is 0.1% by mass, the flow rate is 1.0 ml / min (reference is 0.5 ml / min), the sample injection amount is 100 μl, the measurement temperature is 40 ° C., and the RI detector is used. Do it.
In addition, the calibration curve is TSK standard POLY (ETHILENE OXIDE): “SE-150”, “SE-30”, “SE-8”, “SE-5”, “SE-2” (manufactured by Tosoh), molecular weight 3000 It is made from polyethylene glycol and hexaethylene glycol having a molecular weight of 282.

<消泡剤>
工程Cにおいては、消泡剤を添加することが好ましい。
本発明のように、高濃度のカーボンナノチューブを含む分散組成物は、粘度が高く、脱泡が困難である。分散組成物中の脱泡が不十分であると、成膜、乾燥後の膜中にボイドが形成され、導電性低下の原因となる。そのため、分散組成物の脱泡をすることが好ましく、消泡剤の添加が有用である。
消泡剤は、上述した成分を添加するのと同じタイミングで添加してもよいし、上述した成分の混合が終わった後に添加してもよい。
消泡剤としては、分散組成物の表面張力を低下させ、溶媒Aに対する親和性を有するものであれば特に限定されない。例えば、高酸化油系、脂肪酸エステル系、フッ素系、シリコーン系化合物等が挙げられる。溶媒Aに対して、親和性の低いものは、エマルジョンとして使用することもできる。
消泡剤は、単独で用いても、2種以上を混合しても用いてもよい。
消泡剤の含有量は、分散組成物の全質量に対して、0.0001〜10質量%であることが好ましく、0.001〜5質量%であることがより好ましく、0.005〜1質量%であることがさらに好ましい。
<Antifoaming agent>
In step C, it is preferable to add an antifoaming agent.
As in the present invention, a dispersion composition containing a high concentration of carbon nanotubes has a high viscosity and is difficult to degas. If the defoaming in the dispersion composition is insufficient, voids are formed in the film after film formation and drying, causing a decrease in conductivity. Therefore, it is preferable to defoam the dispersion composition, and the addition of an antifoaming agent is useful.
The antifoaming agent may be added at the same timing as the above-described components are added, or may be added after mixing of the above-described components is completed.
The antifoaming agent is not particularly limited as long as it reduces the surface tension of the dispersion composition and has an affinity for the solvent A. For example, highly oxidized oil type, fatty acid ester type, fluorine type, silicone type compound and the like can be mentioned. Those having a low affinity for the solvent A can also be used as an emulsion.
An antifoamer may be used independently, or may mix and use 2 or more types.
The content of the antifoaming agent is preferably 0.0001 to 10% by mass, more preferably 0.001 to 5% by mass, and more preferably 0.005 to 1% with respect to the total mass of the dispersion composition. More preferably, it is mass%.

<その他の成分>
工程Cにおいては、上記以外の成分を添加してもよい。この場合において、上記以外の成分は、上述した成分を添加するのと同じタイミングで添加してもよいし、上述した成分の混合が終わった後に添加してもよい。
上記以外の成分としては、例えば、酸化防止剤、防黴剤、耐光安定剤、耐熱安定剤、可塑剤などが挙げられる。
<Other ingredients>
In step C, components other than those described above may be added. In this case, components other than those described above may be added at the same timing as the above-described components are added, or may be added after mixing of the above-described components is completed.
Examples of components other than the above include antioxidants, antifungal agents, light-resistant stabilizers, heat-resistant stabilizers, and plasticizers.

[熱電変換層の製造方法]
本発明の熱電変換層の製造方法は、カーボンナノチューブと、有機溶媒と、を混合して、粗分散組成物を得る工程Aと、上記粗分散組成物を用いてカーボンナノチューブ膜状物を得る工程Bと、分散剤と、溶媒Aと、上記溶媒Aに対して1w/v%以上の上記カーボンナノチューブ膜状物と、を混合して、分散組成物を得る工程Cと、上記分散組成物を用いて熱電変換層を得る工程Dと、を有する。
上記工程A〜工程Cについては、上述した分散組成物の製造方法と同様であり、使用した成分も同様であるのでその説明を省略する。
以下、本発明の熱電変換層の製造方法について、工程Dおよび含まれ得る工程について詳細に説明する。
[Method for producing thermoelectric conversion layer]
The method for producing a thermoelectric conversion layer of the present invention includes a step A of obtaining a coarsely dispersed composition by mixing carbon nanotubes and an organic solvent, and a step of obtaining a carbon nanotube film-like product using the coarsely dispersed composition. B, a dispersant, a solvent A, and a process C for obtaining a dispersion composition by mixing 1% w / v or more of the carbon nanotube film-like material with respect to the solvent A; and the dispersion composition And D for obtaining a thermoelectric conversion layer.
About the said process A-process C, since it is the same as that of the manufacturing method of the dispersion composition mentioned above and the component used is the same, the description is abbreviate | omitted.
Hereinafter, the process D and the process which may be included are demonstrated in detail about the manufacturing method of the thermoelectric conversion layer of this invention.

〔工程D〕
工程Dは、上記分散組成物を用いて熱電変換層を得る工程である。
具体的には、工程Dとしては、基材上に上記分散組成物を塗布し、成膜する方法などが挙げられる。
成膜方法は、特に限定されず、例えば、スクリーン印刷、メタルマスク印刷、ステンシル印刷、ディスペンンサーを用いた印刷、ダイコート、ブレードコート、バーコート、グラビア印刷、ロールコート、カーテンコート、ディップコート、インクジェット印刷法、スプレーコート等、公知の塗布方法を用いることができる。これらの中でも、分散組成物は、高固形分濃度で高粘度であっても印刷性に優れる点で、メタルマスク印刷、スクリーン印刷、ステンシル印刷等の印刷法が好ましい。特に、メタルマスク印刷とスクリーン印刷法が1回の塗布で厚い塗布膜に分散物組成物を印刷できる点で特に好ましい。
なお、スクリーン印刷法は、通常のステンレス、ナイロン、ポリエステル製のメッシュ上に感光性樹脂をパターニング露光し、現像して版を作製して印刷する方法のほか、エッチングされたメタルマスクから版を作製し、印刷する方法などがある。
また、塗布後は、必要に応じて乾燥工程を行う。乾燥条件としては特に限定されず、公知の条件で行えばよい。例えば、乾燥工程では、オーブン、ポットプレート、熱風式乾燥機、遠赤外線乾燥機、などを用いることができる。
[Process D]
Step D is a step of obtaining a thermoelectric conversion layer using the dispersion composition.
Specifically, the step D includes a method of coating the dispersion composition on a base material and forming a film.
The film forming method is not particularly limited. For example, screen printing, metal mask printing, stencil printing, printing using a dispenser, die coating, blade coating, bar coating, gravure printing, roll coating, curtain coating, dip coating, Known coating methods such as ink jet printing and spray coating can be used. Among these, the dispersion composition is preferably a printing method such as metal mask printing, screen printing, or stencil printing because it is excellent in printability even when it has a high solid content concentration and a high viscosity. In particular, metal mask printing and screen printing are particularly preferred in that the dispersion composition can be printed on a thick coating film by a single coating.
The screen printing method includes patterning exposure of a photosensitive resin on a normal mesh made of stainless steel, nylon, and polyester, developing it to produce a plate, printing, and producing a plate from an etched metal mask. And printing methods.
Moreover, after application | coating, a drying process is performed as needed. It does not specifically limit as drying conditions, What is necessary is just to carry out on well-known conditions. For example, in the drying process, an oven, a pot plate, a hot air dryer, a far infrared dryer, or the like can be used.

〔工程E〕
工程Eは、熱電変換層を溶媒Bで洗浄する工程であり、工程Aおよび工程Cで添加する成分によって、次の3つの態様をとることができる。
第1態様は工程Aおよび工程Cの少なくとも一方の工程において上述したドーパントをさらに添加した態様であり、本態様において実施される工程Eを以下「工程E1」という。
第2態様は工程Aおよび工程Cの少なくとも一方の工程において上述した高分子化合物をさらに添加した態様であり、本態様において実施される工程Eを以下「工程E2」という。
第3態様は工程Aおよび工程Cの少なくとも一方の工程において上述したドーパントおよび高分子化合物をさらに添加した態様であり、本態様において実施される工程Eを以下「工程E3」という。
工程Eにおいては、工程E1、工程E2または工程E3が実施される。以下、工程E1、工程E2および工程E3のそれぞれについて説明する。
なお、本明細書において、工程E1で使用される後述する溶媒B1、工程E2で使用される後述する溶媒B2、および、工程E3で使用される後述する溶媒B3を総称して、「溶媒B」ということがある。
[Process E]
Step E is a step of washing the thermoelectric conversion layer with solvent B, and can take the following three modes depending on the components added in step A and step C.
The first aspect is an aspect in which the dopant described above is further added in at least one of the process A and the process C, and the process E performed in this aspect is hereinafter referred to as “process E1”.
The second embodiment is an embodiment in which the above-described polymer compound is further added in at least one of step A and step C, and step E performed in this embodiment is hereinafter referred to as “step E2”.
The third aspect is an aspect in which the dopant and the polymer compound described above are further added in at least one of the process A and the process C, and the process E performed in this aspect is hereinafter referred to as “process E3”.
In step E, step E1, step E2, or step E3 is performed. Hereinafter, each of the process E1, the process E2, and the process E3 will be described.
In this specification, the solvent B1 described later used in the step E1, the solvent B2 described later used in the step E2, and the solvent B3 described later used in the step E3 are collectively referred to as “solvent B”. There is.

<工程E1>
工程E1は、上記工程Aおよび上記工程Cの少なくとも一方の工程においてドーパントを添加した場合に実施され得る工程であり、上記工程Dの後において、上記熱電変換層からの上記分散剤の溶出度が上記ドーパントの溶出度よりも高い溶媒B1を用いて熱電変換層を洗浄する工程である。なお、上述したように、上記ドーパントは、工程Cにおいて添加されることが好ましい。
本工程により、ドーパントの溶出を抑制しつつ、熱電変換層に含まれていた分散剤を除去できるので、熱電変換層の性能指数Zをより向上できる。
各成分の熱電変換層からの溶出度は、後述する実施例欄に記載の方法により測定される。
<Process E1>
The step E1 is a step that can be performed when a dopant is added in at least one of the step A and the step C. After the step D, the elution degree of the dispersant from the thermoelectric conversion layer is This is a step of washing the thermoelectric conversion layer using a solvent B1 having a higher elution degree of the dopant. In addition, as above-mentioned, it is preferable that the said dopant is added in the process C.
By this step, since the dispersant contained in the thermoelectric conversion layer can be removed while suppressing elution of the dopant, the figure of merit Z of the thermoelectric conversion layer can be further improved.
The elution degree of each component from the thermoelectric conversion layer is measured by the method described in the Examples section described later.

溶媒B1は、使用する分散剤、ドーパントに応じて、各成分が上述した溶出度の関係を満たすものを用いれば特に限定されず、例えば、上述した溶媒Aで挙げた水、有機溶媒、およびそれらの2種以上の混合溶媒を用いることができる。
例えば、分散剤が界面活性剤の場合、溶媒B1としては、上述した溶出度の関係を満たすという観点から、ClogPが−2〜1であることが好ましく、−2〜0.2であることがより好ましい。
溶媒B1としては、例えば、水(−1.38)、メタノール(−0.764)、アセトニトリル(−0.394)、1−メトキシ−2−プロパノール(−0.297)、エタノール(−0.235)、アセトン(−0.208)、エチレングリコールモノメチルエーテル(−0.606)、プロパノール(0.294)、イソプロパノール(0.074)、N−エチルピロリドン(0.132)、プロピオニトリル(0.135)、酢酸メチル(0.182)、2−ブタノン(0.321)、テトラヒドロフラン(0.526)、プロピレングリコール1−モノメチルエーテル2−アセタート(0.599)、酢酸エチル(0.711)、シクロヘキサノン(0.865)、クロロホルム(0.936)などが挙げられる。なお、括弧内の数値は、ClogP値を表す。
溶媒B1は、単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。
The solvent B1 is not particularly limited as long as each component satisfies the above-described elution degree relationship depending on the dispersant and the dopant to be used. For example, the water, organic solvent, and those mentioned above for the solvent A Two or more kinds of mixed solvents can be used.
For example, when the dispersant is a surfactant, ClogP is preferably −2 to 1 and preferably −2 to 0.2 as the solvent B1 from the viewpoint of satisfying the above-described elution degree relationship. More preferred.
Examples of the solvent B1 include water (−1.38), methanol (−0.764), acetonitrile (−0.394), 1-methoxy-2-propanol (−0.297), ethanol (−0. 235), acetone (−0.208), ethylene glycol monomethyl ether (−0.606), propanol (0.294), isopropanol (0.074), N-ethylpyrrolidone (0.132), propionitrile ( 0.135), methyl acetate (0.182), 2-butanone (0.321), tetrahydrofuran (0.526), propylene glycol 1-monomethyl ether 2-acetate (0.599), ethyl acetate (0.711) ), Cyclohexanone (0.865), chloroform (0.936) and the like. In addition, the numerical value in a parenthesis represents a ClogP value.
Solvent B1 may be used independently or may be used in mixture of 2 or more types.

工程E1で使用する溶媒B1の使用量は、特に限定されない。
工程E1における洗浄方法としては、特に限定されず、例えば、熱電変換層を溶媒B1に浸漬する方法や、熱電変換層を溶媒B1でリンスする方法や、溶媒B1を熱電変換層に噴霧する方法などにより行うことができる。
また、洗浄時の条件(溶媒B1の温度、洗浄時間など)は、特に限定されない。
The amount of solvent B1 used in step E1 is not particularly limited.
The cleaning method in the step E1 is not particularly limited. For example, a method of immersing the thermoelectric conversion layer in the solvent B1, a method of rinsing the thermoelectric conversion layer with the solvent B1, a method of spraying the solvent B1 on the thermoelectric conversion layer, and the like. Can be performed.
Moreover, the conditions at the time of washing (the temperature of the solvent B1, the washing time, etc.) are not particularly limited.

<工程E2>
工程E2は、上記工程Aおよび上記工程Cの少なくとも一方の工程において上記高分子化合物を添加した場合に実施され得る工程であり、上記工程Dの後において、上記熱電変換層からの上記分散剤の溶出度が上記高分子化合物の溶出度よりも高い溶媒B2を用いて上記熱電変換層を洗浄する工程である。なお、上述したように、上記高分子化合物は、工程Cにおいて添加されることが好ましい。
本工程により、高分子化合物の溶出を抑制しつつ、熱電変換層に含まれていた分散剤を除去できるので、熱電変換層の性能指数Zをより向上できる。
各成分の熱電変換層からの溶出度は、後述する実施例欄に記載の方法により測定される。
溶媒B2は、使用する分散剤、高分子化合物に応じて、各成分が上述した溶出度の関係を満たすものを用いれば特に限定されず、上述した工程E1における溶媒B1で挙げたものを用いることができ、好ましい態様も同様であるので、その説明を省略する。
工程E2で使用する溶媒B2の使用量は、特に限定されない。
工程E2における洗浄方法としては、特に限定されず、上述した工程E1で挙げた方法を用いることができる。
洗浄時の条件(溶媒B2の温度、洗浄時間など)は、特に限定されない。
<Process E2>
Step E2 is a step that can be performed when the polymer compound is added in at least one of Step A and Step C. After Step D, the dispersant from the thermoelectric conversion layer is added. This is a step of washing the thermoelectric conversion layer using a solvent B2 having an elution degree higher than that of the polymer compound. As described above, the polymer compound is preferably added in Step C.
By this step, since the dispersant contained in the thermoelectric conversion layer can be removed while suppressing the elution of the polymer compound, the figure of merit Z of the thermoelectric conversion layer can be further improved.
The elution degree of each component from the thermoelectric conversion layer is measured by the method described in the Examples section described later.
The solvent B2 is not particularly limited depending on the dispersant and polymer compound to be used as long as each component satisfies the above-described elution degree relationship, and the solvent B2 mentioned above in the step E1 is used. Since the preferred embodiment is the same, the description thereof is omitted.
The amount of solvent B2 used in step E2 is not particularly limited.
It does not specifically limit as a washing | cleaning method in process E2, The method quoted by process E1 mentioned above can be used.
The conditions at the time of washing (the temperature of the solvent B2, the washing time, etc.) are not particularly limited.

<工程E3>
工程E3は、上記工程Aおよび上記工程Cの少なくとも一方の工程において上記ドーパントおよび上記高分子化合物を添加する場合に実施され得る工程であり、上記工程Dの後において、上記熱電変換層からの上記分散剤の溶出度が上記ドーパントおよび上記高分子化合物のいずれの溶出度よりも高い溶媒B3を用いて上記熱電変換層を洗浄する工程である。なお、上述したように、上記ドーパントおよび上記高分子化合物は、工程Cにおいて添加されることが好ましい。
本工程により、ドーパントおよび高分子化合物の溶出を抑制しつつ、熱電変換層に含まれていた分散剤を除去できるので、熱電変換層の性能指数Zをより向上できる。
各成分の熱電変換層からの溶出度は、後述する実施例欄に記載の方法により測定される。
溶媒B3は、使用する分散剤、ドーパント、高分子化合物に応じて、各成分が上述した溶出度の関係を満たすものを用いれば特に限定されず、上述した工程E1における溶媒B1で挙げたものを用いることができ、好ましい態様も同様であるので、その説明を省略する。
工程E3で使用する溶媒B3の使用量は、特に限定されない。
工程E3における洗浄方法としては、特に限定されず、上述した工程E1で挙げた方法を用いることができる。
洗浄時の条件(溶媒B3の温度、洗浄時間など)は、特に限定されない。
<Process E3>
Step E3 is a step that can be performed when the dopant and the polymer compound are added in at least one of Step A and Step C. After Step D, the step from the thermoelectric conversion layer is performed. In this step, the thermoelectric conversion layer is washed with the solvent B3 having a higher elution degree of the dispersant than that of any of the dopant and the polymer compound. In addition, as above-mentioned, it is preferable that the said dopant and the said high molecular compound are added in the process C.
By this step, since the dispersant contained in the thermoelectric conversion layer can be removed while suppressing elution of the dopant and the polymer compound, the figure of merit Z of the thermoelectric conversion layer can be further improved.
The elution degree of each component from the thermoelectric conversion layer is measured by the method described in the Examples section described later.
Solvent B3 is not particularly limited depending on the dispersant, dopant, and polymer compound to be used, as long as each component satisfies the above-described elution degree relationship, and the solvent B3 mentioned above in Step E1 is used. The preferred embodiment is the same, and the description thereof is omitted.
The amount of solvent B3 used in step E3 is not particularly limited.
It does not specifically limit as a washing | cleaning method in process E3, The method quoted by process E1 mentioned above can be used.
The conditions at the time of washing (the temperature of the solvent B3, the washing time, etc.) are not particularly limited.

[熱電変換素子]
本発明の熱電変換素子は、上述した本発明の熱電変換層を備えていれば、その構成は特に制限されない。以下に、本発明の熱電変換素子について説明する。
[Thermoelectric conversion element]
If the thermoelectric conversion element of this invention is equipped with the thermoelectric conversion layer of this invention mentioned above, the structure will not be restrict | limited in particular. Below, the thermoelectric conversion element of this invention is demonstrated.

〔第1実施態様〕
図1に、本発明の熱電変換素子の第1実施態様の断面図を示す。
図1に示す熱電変換素子110は、第1の基材12上に、第1の電極13および第2の電極15を含む一対の電極と、第1の電極13および第2の電極15間に、熱電変換層14を備えている。
[First Embodiment]
In FIG. 1, sectional drawing of the 1st embodiment of the thermoelectric conversion element of this invention is shown.
The thermoelectric conversion element 110 illustrated in FIG. 1 includes a pair of electrodes including a first electrode 13 and a second electrode 15 on a first base 12 and a gap between the first electrode 13 and the second electrode 15. The thermoelectric conversion layer 14 is provided.

〔第2実施態様〕
図2に、本発明の熱電変換素子の第2実施態様の断面図を示す。
図2に示す熱電変換素子120は、第1の基材22上に、第1の電極23および第2の電極25が配置され、その上に熱電変換層24が設けられている。
[Second Embodiment]
In FIG. 2, sectional drawing of the 2nd embodiment of the thermoelectric conversion element of this invention is shown.
In the thermoelectric conversion element 120 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 layer 24 is provided thereon.

以下、実施例を用いて、本発明について詳細に説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to this.

[実施例1]
<工程A>
単層CNT500mg(OCSiAl社製Tuball)とアセトン250mLとをメカニカルホモジナイザー(エスエムテー社製、HIGH−FLEX HOMOGENiZER HF93)を用いて、18000rpmで5分間混合して、粗分散組成物を得た。
<工程B>
得られた粗分散組成物をブフナー漏斗と吸引瓶を用いて減圧濾過することにより、CNT膜状物である布状のCNT膜(バッキーペーパー)を得た。布状CNT膜は、3.5mm四方程度のサイズにカットして次工程の分散組成物1の調製に用いた。
<工程C>
デオキシコール酸ナトリウム1200mg(東京化成工業社製、分散剤)を水(溶媒A)16mLに溶解させ、前処理し、3.5mm四方程度のサイズにカットした布状CNT膜160mgを加えた。この組成物を、メカニカルホモジナイザー(エスエムテー社製、HIGH−FLEX HOMOGENiZER HF93)を用いて、7分間混合して、予備混合物を得た。得られた予備混合物を薄膜旋回型高速ミキサー「フィルミックス40−40型」(プライミクス社製)を用いて、10℃の恒温層中、周速10m/secで2分間、次いで周速40m/secで5分間、分散処理した。得られた組成物を自転・公転ミキサー(シンキー社製、あわとり練太郎)にて、2000rpmで30秒間混合、2200rpmで30秒間脱泡して、分散組成物1を調製した。
<工程D>
分散組成物1を用いて、メタルマスク印刷により印刷して、ポリイミド上に1cm四方サイズの印刷物を作製した。そして、得られた印刷物を50℃で30分、120℃で30分乾燥した。
<工程E>
乾燥後の印刷物をエタノール(溶媒B)に1時間浸漬して、印刷物中の分散剤を除去した。その後、50℃で30分、120℃で150分乾燥して熱電変換層1を得た。
[Example 1]
<Process A>
Single-walled CNT 500 mg (Tuball manufactured by OCSiAl) and 250 mL of acetone were mixed for 5 minutes at 18000 rpm using a mechanical homogenizer (manufactured by SMT Co., Ltd., HIGH-FLEX HOMOGENIZER HF93) to obtain a coarse dispersion composition.
<Process B>
The obtained coarse dispersion composition was filtered under reduced pressure using a Buchner funnel and a suction bottle to obtain a cloth-like CNT film (bucky paper) as a CNT film-like material. The cloth-like CNT film was cut into a size of about 3.5 mm square and used to prepare the dispersion composition 1 in the next step.
<Process C>
Sodium deoxycholate 1200 mg (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., dispersant) was dissolved in 16 mL of water (solvent A), pretreated, and 160 mg of a cloth-like CNT film cut to a size of about 3.5 mm square was added. This composition was mixed for 7 minutes using a mechanical homogenizer (manufactured by SMT Co., Ltd., HIGH-FLEX HOMOGENIZER HF93) to obtain a preliminary mixture. Using the thin film swirl type high-speed mixer “Filmix 40-40” (manufactured by Primics), the obtained preliminary mixture was placed in a thermostatic layer at 10 ° C. for 2 minutes at a peripheral speed of 10 m / sec, and then at a peripheral speed of 40 m / sec. For 5 minutes. The obtained composition was mixed at 2000 rpm for 30 seconds with a rotating / revolving mixer (Shinky Co., Ltd., Nertaro Awatori), and defoamed at 2200 rpm for 30 seconds to prepare dispersion composition 1.
<Process D>
Using dispersion composition 1, printing was performed by metal mask printing to produce a printed material having a 1 cm square size on polyimide. The obtained printed matter was dried at 50 ° C. for 30 minutes and at 120 ° C. for 30 minutes.
<Process E>
The printed matter after drying was immersed in ethanol (solvent B) for 1 hour to remove the dispersant in the printed matter. Then, the thermoelectric conversion layer 1 was obtained by drying at 50 ° C. for 30 minutes and at 120 ° C. for 150 minutes.

[実施例2]
工程Cにおいて、単層CNTを160mgから400mgにかえたこと以外は実施例1と同様にして分散組成物2および熱電変換層2を得た。
[Example 2]
In Step C, a dispersion composition 2 and a thermoelectric conversion layer 2 were obtained in the same manner as in Example 1, except that the single-walled CNT was changed from 160 mg to 400 mg.

[実施例3]
単層CNTをOCSiAl社製Tuballから名城ナノカーボン社製EC1.5に変えたこと以外は、実施例2と同様にして、分散組成物3および熱電変換層3を得た。
[Example 3]
A dispersion composition 3 and a thermoelectric conversion layer 3 were obtained in the same manner as in Example 2 except that the single-walled CNT was changed from Tuball manufactured by OCSiAl to EC1.5 manufactured by Meijo Nanocarbon.

[実施例4]
単層CNTをOCSiAl社製TuballからKHケミカル社製HPに変えたこと以外は、実施例2と同様にして、分散組成物4および熱電変換層4を得た。
[Example 4]
A dispersion composition 4 and a thermoelectric conversion layer 4 were obtained in the same manner as in Example 2 except that the single-walled CNT was changed from Tuball manufactured by OCSiAl to HP manufactured by KH Chemical.

[実施例5]
実施例2における分散組成物2の調製において(工程C)、予備混合物にテトラシアノキノジメタン200mg(和光純薬社製、ドーパント。以下「TCNQ」ともいう。)を添加したこと以外は、実施例2と同様にして、分散組成物5および熱電変換層5を得た。
[Example 5]
In the preparation of the dispersion composition 2 in Example 2 (Step C), except that 200 mg of tetracyanoquinodimethane (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., dopant, hereinafter also referred to as “TCNQ”) was added to the preliminary mixture. In the same manner as in Example 2, a dispersion composition 5 and a thermoelectric conversion layer 5 were obtained.

[実施例6]
実施例2における分散組成物2の調製において(工程C)、デオキシコール酸ナトリウム1200mg(東京化成工業社製、分散剤)とカルボキシメチルセルロースナトリウム塩100mg(アルドリッチ社製、高粘度品、高分子化合物。以下「CMC−Na」ともいう。)を水16mLに溶解させたこと以外は、実施例2と同様にして、分散組成物6および熱電変換層6を得た。
[Example 6]
In the preparation of the dispersion composition 2 in Example 2 (step C), sodium deoxycholate 1200 mg (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., dispersant) and carboxymethylcellulose sodium salt 100 mg (manufactured by Aldrich, high viscosity product, polymer compound). Hereinafter, the dispersion composition 6 and the thermoelectric conversion layer 6 were obtained in the same manner as in Example 2 except that “CMC-Na”) was dissolved in 16 mL of water.

[実施例7]
実施例2における分散組成物2の調製において(工程C)、デオキシコール酸ナトリウム1200mg(東京化成工業社製、分散剤)とカルボキシメチルセルロースナトリウム塩100mg(アルドリッチ社製、高粘度品、高分子化合物)を水16mLに溶解させ、予備混合物にテトラシアノキノジメタン200mg(和光純薬社製、ドーパント)を添加したこと以外は、実施例2と同様にして、分散組成物7および熱電変換層7を得た。
[Example 7]
In preparation of dispersion composition 2 in Example 2 (step C), sodium deoxycholate 1200 mg (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., dispersant) and sodium carboxymethylcellulose 100 mg (manufactured by Aldrich, high viscosity product, polymer compound) Was dissolved in 16 mL of water, and the dispersion composition 7 and the thermoelectric conversion layer 7 were prepared in the same manner as in Example 2 except that 200 mg of tetracyanoquinodimethane (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, dopant) was added to the preliminary mixture. Obtained.

[実施例8]
実施例2における分散組成物2の調製において(工程C)、デオキシコール酸ナトリウムをコール酸ナトリウムに変え、実施例2における工程Eにおいて、エタノールをメタノールに変えたこと以外は、実施例2と同様にして、分散組成物8および熱電変換層8を得た。
[Example 8]
In the preparation of the dispersion composition 2 in Example 2 (Step C), the sodium deoxycholate was changed to sodium cholate, and the ethanol was changed to methanol in the step E in Example 2 as in Example 2. Thus, a dispersion composition 8 and a thermoelectric conversion layer 8 were obtained.

[実施例9]
実施例8における分散組成物8の調製において(工程C)、予備混合物に2,3−ジクロロ−5,6−ジシアノ−p−ベンゾキノン 200mg(和光純薬社製、ドーパント。以下「DDQ」ともいう。)を添加したこと以外は、実施例8と同様にして、分散組成物9および熱電変換層9を得た。
[Example 9]
In preparation of the dispersion composition 8 in Example 8 (step C), 200 mg of 2,3-dichloro-5,6-dicyano-p-benzoquinone (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., dopant, hereinafter referred to as “DDQ”) was added to the pre-mixture. .) Was added in the same manner as in Example 8 except that a dispersion composition 9 and a thermoelectric conversion layer 9 were obtained.

[実施例10]
実施例8における分散組成物8にアルギン酸100mg(和光純薬社製、高分子化合物)を加え、自転・公転ミキサー(シンキー社製、あわとり練太郎)にて、2000rpmで60秒間混合、2200rpmで60秒間脱泡して、分散組成物10を調製した。
そして、分散組成物8の代わりに分散組成物10を用いたこと以外は、実施例8と同様にして、熱電変換層10を得た。
[Example 10]
100 mg of alginic acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., polymer compound) was added to the dispersion composition 8 in Example 8 and mixed for 60 seconds at 2000 rpm with a rotating / revolving mixer (manufactured by Shinky Co., Ltd., Kentaro Awatori) at 2200 rpm. The dispersion composition 10 was prepared by defoaming for 60 seconds.
And the thermoelectric conversion layer 10 was obtained like Example 8 except having used the dispersion composition 10 instead of the dispersion composition 8. FIG.

[実施例11]
実施例9における分散組成物9にアルギン酸100mg(和光純薬社製、高分子化合物)を加え、自転・公転ミキサー(シンキー社製、あわとり練太郎)にて、2000rpmで60秒間混合、2200rpmで60秒間脱泡して、分散組成物11を調製した。
そして、分散組成物9の代わりに分散組成物11を用いたこと以外は、実施例9と同様にして、熱電変換層11を得た。
[Example 11]
100 mg of alginic acid (polymer compound, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to the dispersion composition 9 in Example 9, and mixed for 60 seconds at 2000 rpm with a rotating / revolving mixer (Shinky Corp., Kentaro Awatori) at 2200 rpm. The dispersion composition 11 was prepared by defoaming for 60 seconds.
And the thermoelectric conversion layer 11 was obtained like Example 9 except having used the dispersion composition 11 instead of the dispersion composition 9. FIG.

[実施例12]
実施例2における分散組成物2の調製において(工程C)、デオキシコール酸ナトリウムを2400mg(東京化成工業社製)、3.5mm四方程度のサイズにカットした布状CNT膜を800mgに変えたこと以外は、実施例2と同様にして分散液を調製した。これに、キサンタンガム50mg(和光純薬社製、高分子化合物)を加え、自転・公転ミキサー(シンキー社製、あわとり練太郎)にて、2000rpmで60秒間混合、2200rpmで60秒間脱泡して、分散組成物12を調製した。
そして、分散組成物2の代わりに分散組成物12を用い、実施例2における工程Eにおいて、エタノールをイソプロパノールに変えたこと以外は、実施例2と同様にして、熱電変換層12を得た。
[Example 12]
In the preparation of the dispersion composition 2 in Example 2 (Step C), 2400 mg of sodium deoxycholate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and the cloth-like CNT film cut to a size of about 3.5 mm square were changed to 800 mg. A dispersion was prepared in the same manner as in Example 2 except for the above. To this, 50 mg of xanthan gum (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., polymer compound) was added, and the mixture was defoamed at 2000 rpm for 60 seconds at 2200 rpm with a rotating / revolving mixer (Shinky Corporation, Aritori Nertaro). A dispersion composition 12 was prepared.
And the thermoelectric conversion layer 12 was obtained like Example 2 except having used the dispersion composition 12 instead of the dispersion composition 2, and having changed ethanol into isopropanol in the process E in Example 2. FIG.

[実施例13]
実施例12における分散組成物12の調製において(工程C)、予備混合物にテトラシアノキノジメタン200mg(和光純薬社製、ドーパント)を添加したこと以外は、実施例12と同様にして、分散組成物13を得た。
そして、分散液12の変わりに分散組成物13を用い、実施例12における工程Eにおいて、イソプロパノールを水に変えたこと以外は、実施例12と同様にして、熱電変換層13を得た。
[Example 13]
In the preparation of the dispersion composition 12 in Example 12 (Step C), the dispersion was performed in the same manner as in Example 12 except that 200 mg of tetracyanoquinodimethane (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., dopant) was added to the preliminary mixture. A composition 13 was obtained.
And the thermoelectric conversion layer 13 was obtained like Example 12 except having used the dispersion composition 13 instead of the dispersion liquid 12, and having changed isopropanol into water in the process E in Example 12. FIG.

[実施例14]
<工程A>
単層CNT500mg(OCSiAl社製Tuball)と2−ブタノン250mLをメカニカルホモジナイザー(エスエムテー社製、HIGH−FLEX HOMOGENiZER HF93)を用いて、18000rpmで5分間混合して、粗分散組成物を得た。
<工程B>
得られた粗分散組成物をブフナーろ漏斗と吸引瓶を用いて減圧濾過することにより、CNT膜状物である布状のCNT膜(バッキーペーパー)を得た。布状CNT膜は3.5mm四方程度のサイズにカットして次工程の分散組成物14の調製に用いた。
<工程C>
デオキシコール酸ナトリウム1200mg(東京化成工業社製、分散剤)、エマルゲン350(花王社製、分散剤)400mgを水16mLに溶解させ、前処理し、3.5mm四方程度のサイズにカットした布状CNT膜400mgを加えた。この組成物を、メカニカルホモジナイザー(エスエムテー社製、HIGH−FLEX HOMOGENiZER HF93)を用いて、7分間混合して、予備混合物を得た。得られた予備混合物を薄膜旋回型高速ミキサー「フィルミックス40−40型」(プライミクス社製)を用いて、10℃の恒温層中、周速10m/secで2分間、次いで周速40m/secで5分間、分散処理した。得られた組成物を自転・公転ミキサー(シンキー社製、あわとり練太郎)にて、2000rpmで30秒間混合、2200rpmで30秒間脱泡して、分散組成物14を調製した。
<工程D〜工程E)
分散組成物2の代わりに分散組成物14を用いたこと以外は、実施例2と同様にして、熱電変換層14を得た。
[Example 14]
<Process A>
Single-walled CNT 500 mg (Tucall manufactured by OCSiAl) and 2-butanone 250 mL were mixed for 5 minutes at 18000 rpm using a mechanical homogenizer (manufactured by SMT Co., Ltd., HIGH-FLEX HOMOGENIZER HF93) to obtain a coarse dispersion composition.
<Process B>
The obtained coarse dispersion composition was filtered under reduced pressure using a Buchner filter funnel and a suction bottle to obtain a cloth-like CNT film (bucky paper) as a CNT film. The cloth-like CNT film was cut into a size of about 3.5 mm square and used to prepare the dispersion composition 14 in the next step.
<Process C>
Sodium deoxycholate 1200 mg (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd., dispersing agent), Emulgen 350 (manufactured by Kao Co., Ltd., dispersing agent) 400 mg was dissolved in 16 mL of water, pretreated, and cut into a size of about 3.5 mm square 400 mg of CNT film was added. This composition was mixed for 7 minutes using a mechanical homogenizer (manufactured by SMT Co., Ltd., HIGH-FLEX HOMOGENIZER HF93) to obtain a preliminary mixture. Using the thin film swirl type high-speed mixer “Filmix 40-40” (manufactured by Primics), the obtained preliminary mixture was placed in a thermostatic layer at 10 ° C. for 2 minutes at a peripheral speed of 10 m / sec, and then at a peripheral speed of 40 m / sec. For 5 minutes. The obtained composition was mixed at 2000 rpm for 30 seconds with a rotating / revolving mixer (Shinky Co., Ltd., Nertaro Awatori), and defoamed at 2200 rpm for 30 seconds to prepare dispersion composition 14.
<Process D to Process E)
A thermoelectric conversion layer 14 was obtained in the same manner as in Example 2 except that the dispersion composition 14 was used instead of the dispersion composition 2.

[実施例15]
<工程A>
単層CNT500mg(OCSiAl社製Tuball)とイソプロパノール250mLをメカニカルホモジナイザー(エスエムテー社製、HIGH−FLEX HOMOGENiZER HF93)を用いて、18000rpmで5分間混合して、粗分散組成物を得た。
<工程B>
得られた粗分散組成物をブフナー漏斗と吸引瓶を用いて減圧濾過することにより、CNT膜状物である布状のCNT膜(バッキーペーパー)を得た。布状CNT膜は3.5mm四方程度のサイズにカットして次工程の分散組成物15の調製に用いた。
<工程C>
デオキシコール酸ナトリウム1200mg(東京化成工業社製、分散剤)、カルボキシメチルセルロースナトリウム200mg(低粘度品、アルドリッチ社製、高分子化合物)、エマルゲン350(花王社製、ドーパント)400mgを水16mLに溶解させ、前処理し、3.5mm四方程度のサイズにカットした布状CNT膜400mgを加えた。この組成物を、メカニカルホモジナイザー(エスエムテー社製、HIGH−FLEX HOMOGENiZER HF93)を用いて、7分間混合して、予備混合物を得た。得られた予備混合物を薄膜旋回型高速ミキサー「フィルミックス40−40型」(プライミクス社製)を用いて、10℃の恒温層中、周速10m/secで2分間、次いで周速40m/secで5分間、分散処理した。得られた組成物を自転・公転ミキサー(シンキー社製、あわとり練太郎)にて、2000rpmで30秒間混合、2200rpmで30秒間脱泡して、分散組成物15を調製した。
<工程D〜工程E)
分散組成物2の代わりに分散組成物15を用いたこと以外は、実施例2と同様にして、熱電変換層15を得た。
[Example 15]
<Process A>
Single-walled CNT 500 mg (Tuball manufactured by OCSiAl) and 250 mL of isopropanol were mixed for 5 minutes at 18000 rpm using a mechanical homogenizer (manufactured by SMT Co., Ltd., HIGH-FLEX HOMOGENIZER HF93) to obtain a coarse dispersion composition.
<Process B>
The obtained coarse dispersion composition was filtered under reduced pressure using a Buchner funnel and a suction bottle to obtain a cloth-like CNT film (bucky paper) as a CNT film-like material. The cloth-like CNT film was cut into a size of about 3.5 mm square and used to prepare the dispersion composition 15 in the next step.
<Process C>
Dissolve sodium deoxycholate 1200 mg (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., dispersant), sodium carboxymethylcellulose 200 mg (low viscosity, Aldrich, polymer compound), emulgen 350 (manufactured by Kao Corporation, dopant) 400 mg in 16 mL of water. Then, 400 mg of a cloth-like CNT film pretreated and cut to a size of about 3.5 mm square was added. This composition was mixed for 7 minutes using a mechanical homogenizer (manufactured by SMT Co., Ltd., HIGH-FLEX HOMOGENIZER HF93) to obtain a preliminary mixture. Using the thin film swirl type high-speed mixer “Filmix 40-40” (manufactured by Primics), the obtained preliminary mixture was placed in a thermostatic layer at 10 ° C. for 2 minutes at a peripheral speed of 10 m / sec, and then at a peripheral speed of 40 m / sec. For 5 minutes. The resulting composition was mixed at 2000 rpm for 30 seconds with a rotating / revolving mixer (Shinky Corp., Aritori Kentaro), and defoamed at 2200 rpm for 30 seconds to prepare dispersion composition 15.
<Process D to Process E)
A thermoelectric conversion layer 15 was obtained in the same manner as in Example 2 except that the dispersion composition 15 was used instead of the dispersion composition 2.

[実施例16]
デオキシコール酸ナトリウムをドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムに代えたこと以外は、実施例5と同様にして、分散組成物16および熱電変換層16を得た。
[Example 16]
A dispersion composition 16 and a thermoelectric conversion layer 16 were obtained in the same manner as in Example 5 except that sodium deoxycholate was replaced with sodium dodecylbenzenesulfonate.

[実施例17]
デオキシコール酸ナトリウムをドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムに、テトラシアノキノジメタンを2,5−ビス(ヒドロキシエトキシ)テトラシアノキノジメタン(和光純薬社製、ドーパント。以下「2,5−ビス(2−ヒドロキシエトキシ)TCNQ」ともいう。)に代えたこと以外は実施例5と同様にして、分散組成物17および熱電変換層17を得た。
[Example 17]
Sodium deoxycholate is sodium dodecylbenzenesulfonate and tetracyanoquinodimethane is 2,5-bis (hydroxyethoxy) tetracyanoquinodimethane (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., dopant. Hereinafter, “2,5-bis (2 A dispersion composition 17 and a thermoelectric conversion layer 17 were obtained in the same manner as in Example 5, except that the term “-hydroxyethoxy) TCNQ” was used.

[実施例18]
実施例2における分散組成物2に消泡剤KM−85(信越シリコーン社製)を22mg加え、自転・公転ミキサー(シンキー社製、あわとり練太郎)にて、2000rpmで30秒間混合、2200rpmで30秒間脱泡して、分散組成物18を調製した。
そして、分散組成物2の代わりに分散組成物18を用いたこと以外は、実施例2と同様にして、熱電変換層18を得た。
[Example 18]
22 mg of antifoaming agent KM-85 (manufactured by Shin-Etsu Silicone) is added to dispersion composition 2 in Example 2, and mixed at 2000 rpm for 30 seconds with a rotating / revolving mixer (manufactured by Shinky Co., Ltd., Kentaro Awatori) at 2200 rpm. A dispersion composition 18 was prepared by defoaming for 30 seconds.
And the thermoelectric conversion layer 18 was obtained like Example 2 except having used the dispersion composition 18 instead of the dispersion composition 2. FIG.

[実施例19]
実施例7における分散組成物7に消泡剤KM−85(信越シリコーン社製)を22mg加え、自転・公転ミキサー(シンキー社製、あわとり練太郎)にて、2000rpmで30秒間混合、2200rpmで30秒間脱泡して、分散組成物19を調製した。
そして、分散組成物7のかわりに分散組成物19を用いたこと以外は、実施例7と同様にして、熱電変換層19を得た。
[Example 19]
22 mg of antifoaming agent KM-85 (manufactured by Shin-Etsu Silicone) was added to dispersion composition 7 in Example 7, and mixed for 30 seconds at 2000 rpm with a rotating / revolving mixer (manufactured by Shinky Co., Ltd., Kentaro Awatori) at 2200 rpm. A dispersion composition 19 was prepared by defoaming for 30 seconds.
And the thermoelectric conversion layer 19 was obtained like Example 7 except having used the dispersion composition 19 instead of the dispersion composition 7. FIG.

[実施例20]
実施例15における分散組成物15に消泡剤KM−85(信越シリコーン社製)を22mg加え、自転・公転ミキサー(シンキー社製、あわとり練太郎)にて、2000rpmで30秒間混合、2200rpmで30秒間脱泡して、分散組成物20を調製した。
そして、分散組成物15の代わりに分散液組成物20を用いたこと以外は、実施例15と同様にして、熱電変換層20を得た。
[Example 20]
22 mg of antifoaming agent KM-85 (manufactured by Shin-Etsu Silicone) was added to dispersion composition 15 in Example 15, and mixed for 30 seconds at 2000 rpm with a rotating / revolving mixer (manufactured by Shinky Co., Ltd., Kentaro Awatori) at 2200 rpm. A dispersion composition 20 was prepared by defoaming for 30 seconds.
And the thermoelectric conversion layer 20 was obtained like Example 15 except having used the dispersion liquid composition 20 instead of the dispersion composition 15. FIG.

[実施例21]
エタノールによる洗浄をしなかったこと以外は、実施例2と同様にして、分散組成物21および熱電変換層21を得た。
[Example 21]
A dispersion composition 21 and a thermoelectric conversion layer 21 were obtained in the same manner as in Example 2 except that washing with ethanol was not performed.

[比較例1]
工程Aおよび工程Bを実施せず、工程Cにおいて布状CNT膜の代わりに単層CNT(OCSiAl社製Tuball)を用いた以外は、実施例1と同様にして、分散組成物c1および熱電変換層c1を得た。
[Comparative Example 1]
Dispersion composition c1 and thermoelectric conversion were carried out in the same manner as in Example 1, except that Step A and Step B were not performed, and single-walled CNT (Tuwall manufactured by OCSiAl) was used in Step C instead of the cloth-like CNT film. Layer c1 was obtained.

[比較例2]
工程Aおよび工程Bを実施せず、工程Cにおいて布状CNT膜の代わりに単層CNT(OCSiAl社製Tuball)を用いた以外は、実施例2と同様にして、分散組成物c2および熱電変換層c2を得た。
[Comparative Example 2]
Dispersion composition c2 and thermoelectric conversion were carried out in the same manner as in Example 2 except that Step A and Step B were not performed, and single-walled CNT (Tuwall manufactured by OCSiAl) was used in Step C instead of the cloth-like CNT film. Layer c2 was obtained.

[比較例3]
工程Aおよび工程Bを実施せず、工程Cにおいて布状CNT膜の代わりに単層CNT(名城ナノカーボン社製EC1.5)を用いた以外は、実施例3と同様にして、分散組成物c3および熱電変換層c3を得た。
[Comparative Example 3]
Dispersion composition was carried out in the same manner as in Example 3 except that Step A and Step B were not performed, and single-walled CNT (EC1.5 manufactured by Meijo Nanocarbon Co., Ltd.) was used instead of the cloth-like CNT film in Step C. c3 and a thermoelectric conversion layer c3 were obtained.

[比較例4]
工程Aおよび工程Bを実施せず、工程Cにおいて布状CNT膜の代わりに単層CNT(KHケミカル社製HP)を用いた以外は、実施例4と同様にして、分散組成物c4および熱電変換層c4を得た。
[Comparative Example 4]
In the same manner as in Example 4 except that Step A and Step B were not performed, and single-walled CNT (HP manufactured by KH Chemical Co.) was used instead of the cloth-like CNT film in Step C, the dispersion composition c4 and the thermoelectric A conversion layer c4 was obtained.

[比較例5]
工程Aおよび工程Bを実施せず、工程Cにおいて布状CNT膜の代わりに単層CNT(OCSiAl社製Tuball)を用いた以外は、実施例16と同様にして、分散組成物c5および熱電変換層c5を得た。
[Comparative Example 5]
Dispersion composition c5 and thermoelectric conversion were carried out in the same manner as in Example 16, except that Step A and Step B were not performed, and single-walled CNT (Tuwall manufactured by OCSiAl) was used in Step C instead of the cloth-like CNT film. Layer c5 was obtained.

[比較例6]
工程Aおよび工程Bを実施せず、工程Cにおいて布状CNT膜の代わりに単層CNT(OCSiAl社製Tuball)を用いた以外は、実施例17と同様にして、分散組成物c6および熱電変換層c6を得た。
[Comparative Example 6]
Dispersion composition c6 and thermoelectric conversion were carried out in the same manner as in Example 17 except that Step A and Step B were not performed, and single-walled CNT (Tuwall manufactured by OCSiAl) was used in Step C instead of the cloth-like CNT film. Layer c6 was obtained.

[評価試験]
上述した各実施例および比較例の分散組成物を用いて、以下の各評価試験を実施した。
[Evaluation test]
The following evaluation tests were carried out using the dispersion compositions of the examples and comparative examples described above.

<膜からの溶出度の評価>
ポリイミド上に形成する印刷物のサイズを3×4cm四方サイズに変更した以外は、上述の各実施例および比較例における熱電変換層の製造方法と同様にして、各実施例および比較例に対応する印刷物を得た。印刷前後での重さを測定し、差分から印刷された分散組成物の質量を算出した。分散組成物中の分散剤、ドーパント、高分子化合物の濃度より、印刷物中の分散剤、ドーパント、高分子化合物の質量を算出した。
上記印刷物を50℃で30分、120℃で30分乾燥後、各実施例および比較例における工程Eで使用した溶媒50mLに浸漬させた。1時間後、膜を取り出した。
次に、上記浸漬処理に使用した溶媒中に、印刷物より溶出した各成分(分散剤、ドーパント、高分子化合物)の質量を以下の方法により求めた。高分子化合物については、浸漬液をGPCにより分析し、別途作成した検量線より定量した。ドーパントおよび分散剤については、浸漬液を逆相の高速液体クロマトグラフィー(コロナ荷電化粒子検出器)にて分析し、別途作成した検量線より定量した。
下記式より、分散剤、ドーパント、高分子化合物について、膜からの溶出度を算出した。
分散剤の溶出度=(浸漬液中の分散剤の質量)/(印刷物中の分散剤の質量)
ドーパントの溶出度=(浸漬液中のドーパントの質量)/(印刷物中のドーパントの質量)
高分子化合物の溶出度=(浸漬液中の高分子化合物の質量)/(印刷物中の高分子化合物の質量)
下記式より、膜からの溶出度を算出し、下記基準で評価した。
膜からの溶出度=(分散剤の溶出度)/(ドーパントまたは高分子の溶出度)
A: 膜からの溶出度が10以上
B: 膜からの溶出度が1超、10未満
C: 膜からの溶出度が1以下
<Evaluation of elution from membrane>
Except for changing the size of the printed material formed on the polyimide to a 3 × 4 cm square size, the printed material corresponding to each example and comparative example is the same as the method for manufacturing the thermoelectric conversion layer in each of the above examples and comparative examples. Got. The weight before and after printing was measured, and the mass of the printed dispersion composition was calculated from the difference. The mass of the dispersant, the dopant, and the polymer compound in the printed material was calculated from the concentrations of the dispersant, the dopant, and the polymer compound in the dispersion composition.
The printed matter was dried at 50 ° C. for 30 minutes and 120 ° C. for 30 minutes, and then immersed in 50 mL of the solvent used in Step E in each Example and Comparative Example. After 1 hour, the membrane was removed.
Next, the mass of each component (dispersant, dopant, polymer compound) eluted from the printed material in the solvent used for the immersion treatment was determined by the following method. About the high molecular compound, the immersion liquid was analyzed by GPC, and it quantified from the analytical curve created separately. The dopant and dispersant were analyzed by reverse phase high performance liquid chromatography (corona charged particle detector) and quantified from a separately prepared calibration curve.
From the following formula, the elution degree from the film was calculated for the dispersant, the dopant, and the polymer compound.
Dispersion degree of dispersant = (mass of dispersant in immersion liquid) / (mass of dispersant in printed matter)
Dissolution rate of dopant = (mass of dopant in immersion liquid) / (mass of dopant in printed matter)
Elution degree of polymer compound = (mass of polymer compound in immersion liquid) / (mass of polymer compound in printed matter)
The elution degree from the membrane was calculated from the following formula and evaluated according to the following criteria.
Elution degree from membrane = (elution degree of dispersant) / (elution degree of dopant or polymer)
A: Elution degree from membrane is 10 or more B: Elution degree from membrane is more than 1 and less than 10 C: Elution degree from membrane is 1 or less

<分散性の評価>
各実施例および比較例の分散組成物を、メッシュ(400メッシュ、ニラコ社製)にのせ、ウレタン製のスキージで3回掃引後のメッシュ上の残存物を観察し、下記基準で評価した。
A: メッシュ上に未分散物が観測されなかった
B: メッシュ上に未分散物がわずかに観測された
C: メッシュ上に未分散物が観測された
<Evaluation of dispersibility>
The dispersion composition of each Example and Comparative Example was placed on a mesh (400 mesh, manufactured by Niraco), and the residue on the mesh after sweeping three times with a urethane squeegee was observed and evaluated according to the following criteria.
A: Undispersed material was not observed on the mesh B: Undispersed material was slightly observed on the mesh C: Undispersed material was observed on the mesh

<導電率・ゼーベック係数の評価>
上述の各実施例および比較例における熱電変換層の製造方法と同様にして、各実施例および比較例に対応する10個の熱電変換層をポリイミド上に作成した。ポリイミド上に形成した1cm四方の熱電変換層に沿って、ポリイミドを1cm四方にカットし、熱電特性測定装置MODEL RZ2001i(オザワ科学株式会社製)を用いて、80℃と105℃における導電率およびゼーベック係数を測定し、内挿により、100℃における導電率およびゼーベック係数を算出した。
10個の熱電変換層について、上記測定を行い、導電率およびゼーベック係数の平均値を算出した。平均値を用い、下記式より、規格化導電率および規格化ゼーベック係数を算出し、下記基準により評価した。
規格化導電率=(各実施例・比較例の導電率の平均値)/(基準比較例の導電率の平均値)
AA: 規格化導電率が1.9以上
A: 規格化導電率が1.7以上、1.9未満
B: 規格化導電率が1.5以上、1.7未満
C: 規格化導電率が1.3以上、1.5未満
D: 規格化導電率が1.1以上、1.3未満
E: 規格化導電率が1.1未満
規格化ゼーベック係数=(各実施例・比較例のゼーベック係数の平均値)/(基準比較例のゼーベック係数の平均値)
A: 規格化ゼーベック係数が1.1以上
B: 規格化ゼーベック係数が0.9以上、1.1未満
C: 規格化ゼーベック係数が0.9未満
なお、実施例1、比較例1の基準比較例には比較例1を用いた。実施例2、5〜15、18〜20、比較例2の基準比較例には比較例2を用いた。実施例3、比較例3の基準比較例には比較例3を用いた。実施例4、比較例4の基準比較例には比較例4を用いた。実施例16、17、比較例6の基準比較例には比較例6を用いた。実施例21および比較例5の基準比較例には比較例5を用いた。
<Evaluation of conductivity and Seebeck coefficient>
Ten thermoelectric conversion layers corresponding to each of the examples and comparative examples were formed on polyimide in the same manner as in the method for manufacturing the thermoelectric conversion layer in each of the above examples and comparative examples. Conductivity and Seebeck at 80 ° C. and 105 ° C. using a thermoelectric property measuring device MODEL RZ2001i (manufactured by Ozawa Science Co., Ltd.) by cutting polyimide into 1 cm square along a 1 cm square thermoelectric conversion layer formed on polyimide. The coefficient was measured, and the conductivity and Seebeck coefficient at 100 ° C. were calculated by interpolation.
Ten thermoelectric conversion layers were subjected to the above measurement, and the average values of conductivity and Seebeck coefficient were calculated. Using the average value, the normalized conductivity and the normalized Seebeck coefficient were calculated from the following formula, and evaluated according to the following criteria.
Normalized conductivity = (average value of conductivity of each example / comparative example) / (average value of conductivity of reference comparative example)
AA: Normalized conductivity is 1.9 or more A: Normalized conductivity is 1.7 or more and less than 1.9 B: Normalized conductivity is 1.5 or more and less than 1.7 C: Normalized conductivity is 1.3 or more and less than 1.5 D: Normalized conductivity is 1.1 or more and less than 1.3 E: Normalized conductivity is less than 1.1 Standardized Seebeck coefficient = (Seebeck of each example and comparative example (Average value of coefficient) / (Average value of Seebeck coefficient of reference comparative example)
A: Normalized Seebeck coefficient is 1.1 or more B: Normalized Seebeck coefficient is 0.9 or more and less than 1.1 C: Normalized Seebeck coefficient is less than 0.9 In addition, the reference comparison of Example 1 and Comparative Example 1 As an example, Comparative Example 1 was used. Comparative Example 2 was used as a reference comparative example of Examples 2, 5-15, 18-20, and Comparative Example 2. Comparative Example 3 was used as a reference comparative example of Example 3 and Comparative Example 3. Comparative Example 4 was used as a reference comparative example of Example 4 and Comparative Example 4. Comparative Example 6 was used as a reference comparative example for Examples 16 and 17 and Comparative Example 6. Comparative Example 5 was used as a reference comparative example of Example 21 and Comparative Example 5.

<熱電変換性能指数Z(性能指数Z)の評価>
上記導電率・ゼーベック係数の評価と同様にして得られた各実施例および比較例の熱電変換層を10個作製し、下記方法により熱電変換性能指数Zを算出し、評価した。
(熱伝導率)
(比熱)×(密度)×(熱拡散率)により、熱伝導率を算出した。
比熱はDSC法により測定、密度は重量−寸法より測定した。熱拡散率は、熱拡散率測定装置ai−Phase Mobile 1u(アイフェイズ株式会社製)を用いて測定した。
(熱電変換性能指数Zの評価)
[(導電率)×(ゼーベック係数)]/熱伝導率より、10個の膜についてZを算出した。Zの平均値を用いて、下記式により規格化し、下記基準によって評価した。
規格化Z=(各実施例・比較例のZ平均値)/(基準比較例のZ平均値)
AA: 規格化Zが3.0以上
A: 規格化Zが2.5以上、3.0未満
B: 規格化Zが2.0以上、2.5未満
C: 規格化Zが1.5以上、2.0未満
D: 規格化Zが1.1以上、1.5未満
E: 規格化Zが1.1未満
実施例1、比較例1の基準比較例には比較例1を用いた。実施例2、5〜15、18〜20、比較例2の基準比較例には比較例2を用いた。実施例3、比較例3の基準比較例には比較例3を用いた。実施例4、比較例4の基準比較例には比較例4を用いた。実施例16、17、比較例6の基準比較例には比較例6を用いた。実施例21および比較例5の基準比較例には比較例5を用いた。
<Evaluation of thermoelectric conversion performance index Z (performance index Z)>
Ten thermoelectric conversion layers of Examples and Comparative Examples obtained in the same manner as in the evaluation of the conductivity and Seebeck coefficient were prepared, and the thermoelectric conversion performance index Z was calculated and evaluated by the following method.
(Thermal conductivity)
Thermal conductivity was calculated by (specific heat) × (density) × (thermal diffusivity).
Specific heat was measured by DSC method, and density was measured from weight-dimension. The thermal diffusivity was measured using a thermal diffusivity measuring device ai-Phase Mobile 1u (manufactured by Eye Phase Co., Ltd.).
(Evaluation of thermoelectric conversion performance index Z)
Z was calculated for 10 films from [(conductivity) × (Seebeck coefficient) 2 ] / thermal conductivity. Using the average value of Z, it was normalized by the following formula and evaluated according to the following criteria.
Normalized Z = (Z average value of each example / comparative example) / (Z average value of reference comparative example)
AA: Normalization Z is 3.0 or more A: Normalization Z is 2.5 or more and less than 3.0 B: Normalization Z is 2.0 or more and less than 2.5 C: Normalization Z is 1.5 or more Less than 2.0 D: Normalized Z is 1.1 or more and less than 1.5 E: Normalized Z is less than 1.1 Comparative Example 1 was used as a reference comparative example of Example 1 and Comparative Example 1. Comparative Example 2 was used as a reference comparative example of Examples 2, 5-15, 18-20, and Comparative Example 2. Comparative Example 3 was used as a reference comparative example of Example 3 and Comparative Example 3. Comparative Example 4 was used as a reference comparative example of Example 4 and Comparative Example 4. Comparative Example 6 was used as a reference comparative example for Examples 16 and 17 and Comparative Example 6. Comparative Example 5 was used as a reference comparative example of Example 21 and Comparative Example 5.

<熱電変換性能のばらつきの評価>
上記熱電変換性能指数Zの評価において、熱電変換層10個の熱電変換性能指数Zについて最大値と最小値の差を算出し、下記式より規格化し、下記基準にて評価した。
規格化Zのばらつき=(各実施例・比較例のZの最大値と最小値の差)/(基準比較例のZの最大値と最小値の差)
A: 規格化Zのばらつきが0.5以下
B: 規格化Zのばらつきが0.5超、0.9未満
C: 規格化Zのばらつきが0.9以上
実施例1、比較例1の基準比較例には比較例1を用いた。実施例2、5〜15、18〜20、比較例2の基準比較例には比較例2を用いた。実施例3、比較例3の基準比較例には比較例3を用いた。実施例4、比較例4の基準比較例には比較例4を用いた。実施例16、17、比較例6の基準比較例には比較例6を用いた。実施例21および比較例5の基準比較例には比較例5を用いた。
<Evaluation of variation in thermoelectric conversion performance>
In the evaluation of the thermoelectric conversion performance index Z, the difference between the maximum value and the minimum value was calculated for the thermoelectric conversion performance index Z of 10 thermoelectric conversion layers, normalized by the following formula, and evaluated according to the following criteria.
Variation of standardized Z = (difference between maximum value and minimum value of Z in each example / comparative example) / (difference between maximum value and minimum value of Z in reference comparative example)
A: Variation of standardized Z is 0.5 or less B: Variation of standardized Z is more than 0.5 and less than 0.9 C: Variation of standardized Z is 0.9 or more Standard of Example 1 and Comparative Example 1 Comparative Example 1 was used as a comparative example. Comparative Example 2 was used as a reference comparative example of Examples 2, 5-15, 18-20, and Comparative Example 2. Comparative Example 3 was used as a reference comparative example of Example 3 and Comparative Example 3. Comparative Example 4 was used as a reference comparative example of Example 4 and Comparative Example 4. Comparative Example 6 was used as a reference comparative example for Examples 16 and 17 and Comparative Example 6. Comparative Example 5 was used as a reference comparative example of Example 21 and Comparative Example 5.

<評価結果>
以上の評価試験の結果を第1表に示す。なお、実施例および比較例の熱電変換層の極性も第1表に併せて示す。
<Evaluation results>
The results of the above evaluation tests are shown in Table 1. The polarities of the thermoelectric conversion layers of Examples and Comparative Examples are also shown in Table 1.

Figure 2017112319
Figure 2017112319

第1表の評価結果に示す通り、実施例の分散組成物はいずれも、カーボンナノチューブの分散性に優れていた。また、実施例の分散組成物を用いて得られた熱電変換層はいずれも、比較例の熱電変換層に比べて、導電率、性能指数Z優れており、熱電変換性能のばらつきも低減されていることがわかった。
実施例2と実施例5との対比により、ドーパントを含有する分散組成物を用いると(実施例5)、得られる熱電変換層の導電率および熱電変換性能指数Zがより優れたものになることが示された。同様の傾向になることが、実施例8と実施例9との対比からも示された。
実施例2と実施例6との対比により、高分子化合物を含有する分散組成物を用いると、得られる熱電変換層の導電率および熱電変換性能指数Zがより優れたものになることが示された。同様の傾向になることが、実施例8と実施例10との対比、実施例14と実施例15との対比からも示された。
実施例2と実施例18との対比により、消泡剤を含有する分散組成物を用いると(実施例18)、得られる熱電変換層の導電率および熱電変換性能指数Zがより優れたものになることが示された。同様の傾向になることが、実施例7と実施例19との対比、実施例15と実施例20との対比からも示された。
なお、表中には示さなかったが、実施例2と実施例21とを対比したところ、工程E(洗浄工程)を実施することにより(実施例2)、得られる熱電変換層のゼーベック係数、導電率、熱電変換性能指数Zの値がより優れることがわかった。
As shown in the evaluation results of Table 1, all of the dispersion compositions of Examples were excellent in carbon nanotube dispersibility. In addition, each of the thermoelectric conversion layers obtained using the dispersion compositions of the examples is superior in electrical conductivity and figure of merit Z compared to the thermoelectric conversion layers of the comparative examples, and variation in thermoelectric conversion performance is also reduced. I found out.
In comparison with Example 2 and Example 5, when a dispersion composition containing a dopant is used (Example 5), the conductivity and thermoelectric conversion performance index Z of the resulting thermoelectric conversion layer will be more excellent. It has been shown. A similar tendency was shown from the comparison between Example 8 and Example 9.
Comparison between Example 2 and Example 6 shows that when a dispersion composition containing a polymer compound is used, the conductivity and thermoelectric conversion performance index Z of the resulting thermoelectric conversion layer are improved. It was. The same tendency was shown from the comparison between Example 8 and Example 10 and the comparison between Example 14 and Example 15.
In comparison with Example 2 and Example 18, when a dispersion composition containing an antifoaming agent was used (Example 18), the conductivity and thermoelectric conversion performance index Z of the resulting thermoelectric conversion layer were improved. It was shown to be. The same tendency was shown from the comparison between Example 7 and Example 19 and the comparison between Example 15 and Example 20.
Although not shown in the table, when Example 2 and Example 21 were compared, the Seebeck coefficient of the thermoelectric conversion layer obtained by performing Step E (cleaning step) (Example 2), It turned out that the value of electrical conductivity and the thermoelectric conversion performance index Z is more excellent.

これに対して、比較例1〜5の分散組成物はいずれも、カーボンナノチューブの分散性が不十分であることが示された。
また、比較例1〜6の分散組成物を用いて得られた熱電変換層は、熱電変換性能のばらつきが大きく、熱電変換性能指数Zおよび導電率も不十分であることが示された。
On the other hand, it was shown that all of the dispersion compositions of Comparative Examples 1 to 5 have insufficient carbon nanotube dispersibility.
Moreover, the thermoelectric conversion layer obtained using the dispersion composition of Comparative Examples 1-6 showed that the dispersion | variation in thermoelectric conversion performance was large, and the thermoelectric conversion performance index Z and electrical conductivity were also inadequate.

110,120 熱電変換素子
12,22 第1の基材
13,23 第1の電極
15,25 第2の電極
14,24 熱電変換層
110, 120 Thermoelectric conversion element 12, 22 First base material 13, 23 First electrode 15, 25 Second electrode 14, 24 Thermoelectric conversion layer

Claims (21)

カーボンナノチューブと、有機溶媒と、を混合して、粗分散組成物を得る工程Aと、
前記粗分散組成物を用いてカーボンナノチューブ膜状物を得る工程Bと、
分散剤と、溶媒Aと、前記溶媒Aに対して1w/v%以上の前記カーボンナノチューブ膜状物と、を混合して、分散組成物を得る工程Cと、
を有する、分散組成物の製造方法。
A step A in which a carbon nanotube and an organic solvent are mixed to obtain a coarse dispersion composition;
Step B for obtaining a carbon nanotube film using the coarse dispersion composition;
A step of obtaining a dispersion composition by mixing a dispersant, a solvent A, and 1% w / v or more of the carbon nanotube film-like material with respect to the solvent A;
A method for producing a dispersion composition comprising:
前記工程Cにおいて、さらにドーパントを添加する、請求項1に記載の分散組成物の製造方法。   The manufacturing method of the dispersion composition of Claim 1 which further adds a dopant in the said process C. 前記工程Cにおいて、さらに高分子化合物を添加する、請求項1または2に記載の分散組成物の製造方法。   The manufacturing method of the dispersion composition of Claim 1 or 2 which adds a high molecular compound in the said process C further. 前記溶媒AのClogP値が−0.5以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の分散組成物の製造方法。   The manufacturing method of the dispersion composition of any one of Claims 1-3 whose ClogP value of the said solvent A is -0.5 or less. 前記溶媒Aが水である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の分散組成物の製造方法。   The manufacturing method of the dispersion composition of any one of Claims 1-4 whose said solvent A is water. 前記分散剤が界面活性剤である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の分散組成物の製造方法。   The manufacturing method of the dispersion composition of any one of Claims 1-5 whose said dispersing agent is surfactant. 前記工程Aにおいて、ホモジナイザーによって混合を行う、請求項1〜6のいずれか1項に記載の分散組成物の製造方法。   In the said process A, the manufacturing method of the dispersion composition of any one of Claims 1-6 which mixes with a homogenizer. 前記工程Cにおいて、薄膜旋回法によって混合を行う、請求項1〜7のいずれか1項に記載の分散組成物の製造方法。   In the said process C, the manufacturing method of the dispersion composition of any one of Claims 1-7 which mixes by a thin film turning method. 前記カーボンナノチューブが、単層カーボンナノチューブを含む、請求項1〜8のいずれか1項に記載の分散組成物の製造方法。   The manufacturing method of the dispersion composition of any one of Claims 1-8 in which the said carbon nanotube contains a single wall carbon nanotube. 熱電変換層の形成に用いられる、請求項1〜9のいずれか1項に記載の分散組成物の製造方法。   The manufacturing method of the dispersion composition of any one of Claims 1-9 used for formation of a thermoelectric conversion layer. カーボンナノチューブと、有機溶媒と、を混合して、粗分散組成物を得る工程Aと、
前記粗分散組成物を用いてカーボンナノチューブ膜状物を得る工程Bと、
分散剤と、溶媒Aと、前記溶媒Aに対して1w/v%以上の前記カーボンナノチューブ膜状物と、を混合して、分散組成物を得る工程Cと、
前記分散組成物を用いて熱電変換層を得る工程Dと、
を有する、熱電変換層の製造方法。
A step A in which a carbon nanotube and an organic solvent are mixed to obtain a coarse dispersion composition;
Step B for obtaining a carbon nanotube film using the coarse dispersion composition;
A step of obtaining a dispersion composition by mixing a dispersant, a solvent A, and 1% w / v or more of the carbon nanotube film-like material with respect to the solvent A;
Step D for obtaining a thermoelectric conversion layer using the dispersion composition;
A method for producing a thermoelectric conversion layer.
前記工程Cにおいて、さらにドーパントを添加し、
前記工程Dの後において、前記熱電変換層からの前記分散剤の溶出度が前記ドーパントの溶出度よりも高い溶媒B1を用いて前記熱電変換層を洗浄する工程Eをさらに有する、請求項11に記載の熱電変換層の製造方法。
In step C, a dopant is further added,
12. The method according to claim 11, further comprising a step E of cleaning the thermoelectric conversion layer using a solvent B1 having an elution degree of the dispersant from the thermoelectric conversion layer higher than that of the dopant after the step D. The manufacturing method of the thermoelectric conversion layer of description.
前記工程Cにおいて、さらに高分子化合物を添加し、
前記工程Dの後において、前記熱電変換層からの前記分散剤の溶出度が前記高分子化合物の溶出度よりも高い溶媒B2を用いて前記熱電変換層を洗浄する工程Eをさらに有する、請求項11に記載の熱電変換層の熱電変換層の製造方法。
In the step C, a polymer compound is further added,
After the step D, the method further comprises a step E of washing the thermoelectric conversion layer using a solvent B2 in which the elution degree of the dispersant from the thermoelectric conversion layer is higher than the elution degree of the polymer compound. The manufacturing method of the thermoelectric conversion layer of the thermoelectric conversion layer of Claim 11.
前記工程Cにおいて、さらにドーパントおよび高分子化合物を添加し、
前記工程Dの後において、前記熱電変換層からの前記分散剤の溶出度が前記ドーパントおよび前記高分子化合物のいずれの溶出度よりも高い溶媒B3を用いて前記熱電変換層を洗浄する工程Eをさらに有する、請求項11に記載の熱電変換層の製造方法。
In step C, a dopant and a polymer compound are further added,
After the step D, a step E of washing the thermoelectric conversion layer using a solvent B3 in which the elution degree of the dispersant from the thermoelectric conversion layer is higher than any elution degree of the dopant and the polymer compound. Furthermore, the manufacturing method of the thermoelectric conversion layer of Claim 11 which has.
前記工程Cにおいて、さらに消泡剤を添加する、請求項11〜14のいずれか1項に記載の熱電変換層の製造方法。   The manufacturing method of the thermoelectric conversion layer of any one of Claims 11-14 which adds an antifoamer in the said process C further. 前記溶媒AのClogP値が−0.5以下である、請求項11〜15のいずれか1項に記載の熱電変換層の製造方法。   The manufacturing method of the thermoelectric conversion layer of any one of Claims 11-15 whose ClogP value of the said solvent A is -0.5 or less. 前記溶媒Aが水である、請求項11〜16のいずれか1項に記載の熱電変換層の製造方法。   The method for producing a thermoelectric conversion layer according to any one of claims 11 to 16, wherein the solvent A is water. 前記分散剤が界面活性剤である、請求項11〜17のいずれか1項に記載の熱電変換層の製造方法。   The method for producing a thermoelectric conversion layer according to any one of claims 11 to 17, wherein the dispersant is a surfactant. 前記工程Aにおいて、ホモジナイザーによって混合を行う、請求項11〜18のいずれか1項に記載の熱電変換層の製造方法。   The method for producing a thermoelectric conversion layer according to any one of claims 11 to 18, wherein in the step A, mixing is performed by a homogenizer. 前記工程Cにおいて、薄膜旋回法によって混合を行う、請求項11〜19のいずれか1項に記載の熱電変換層の製造方法。   The method of manufacturing a thermoelectric conversion layer according to any one of claims 11 to 19, wherein in the step C, mixing is performed by a thin film swirl method. 前記カーボンナノチューブが、単層カーボンナノチューブを含む、請求項11〜20のいずれか1項に記載の熱電変換層の製造方法。   The manufacturing method of the thermoelectric conversion layer of any one of Claims 11-20 in which the said carbon nanotube contains a single-walled carbon nanotube.
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