計測・制御・監視とシステムの株式会社チノー（本社：東京都板橋区、代表取締役社長：豊田三喜男）のグループ会社であるアドバンス理工株式会社（本社 神奈川県横浜市、代表取締役社長 五戸成史）は、国立研究開発法人産業技術総合研究所（理事長：中鉢良治）ナノ材料研究部門（研究部門長：佐々木毅）ナノ薄膜デバイスグループ（向田雅一、衛慶碩、石田敬雄ら）が持つ技術を基に、熱電材料の厚さ方向のゼーベック係数および電気抵抗率が評価できる、厚さ方向熱電特性評価装置「ZEM-d」を開発し、2019年4月から販売を開始します。

製品の概要

近年、焼却炉や自動車のエンジンルームなど様々なものから排出される熱エネルギーを有効活用し、再生エネルギーとして回収する技術が注目されております。その中で、熱エネルギーを電気に変換する際に駆動部がない熱電材料による発電技術は、メンテナンスフリーでクリーンな技術として注目を浴び需要が高まってきています。

アドバンス理工は、従来から熱電発電技術開発における熱電材料および熱電モジュールの評価装置を販売しております。材料の熱電特性として、ゼーベック係数、電気抵抗率、熱伝導率の三物性があります。ゼーベック係数と電気抵抗率の評価においては、既存の装置では図1のような構造であったため、材料の面内方向（長手方向）のみ測定が可能であり、熱伝導率の評価においては、フラッシュ法による材料の厚さ方向の測定が主流となっています。今回、販売する装置では、図2のような構造とすることで、既存の装置では測定が不可能であった、熱電材料の厚さ方向のゼーベック係数と電気抵抗率の測定が可能です。

図1　既存の測定法	図2　新装置の測定法

熱電材料は多様な種類がある中で、金属系の熱電材料は、その主な製法から試料内の均一性が高いため、測定の方向はそこまで議論されてきませんでした。しかしながら近年、低コストで高い生産性があり、かつフレキシブルな材料として、有機系の熱電材料が注目を浴びており、主な有機系材料である、PEDOT/PSSが異方性を有するという指摘もされています。今回、販売する装置で厚さ方向でゼーベック係数と電気抵抗率の測定が可能となり、キセノンフラッシュ法熱拡散率測定装置(TD-1)と併せて、有機膜など異方性を有する材料の熱電特性を、測定方向を一致させて評価することが可能となります。

測定原理

図3のように、同心円状のリング電極とその中心に熱電対を、薄膜の表と裏にそれぞれ取り付けることで4つのプローブとみなします。リング状電極に電流を流し、中心熱電対を一電極とみなしてその間の電圧を測定します。さらに、電極間距離（図3のd）を変えた測定を数点行い、dを0点外挿※した値を4端子法近似値とします。 また、図4のように、試料上下の温度を個別に制御し、試料の上下（膜の厚さ方向）に温度差を生じさせます。図5のように、測定温度（T0：試料中心温度）から、上面の温度をΔT_１だけ上昇させ同時に下面の温度はΔT_１だけ低下させます。これでΔT_１の2倍の温度差が生じることになります。この時の熱起電力（ΔV_１）を中心電極で測定します。同様に、ΔT_２、ΔT_３と温度を等分だけ変化させ、熱起電力ΔV_２とΔV_３を得ます。このように、温度差を数点取り、それぞれの温度差で得られた熱起電力と温度差との傾きからゼーベック係数を算出します。試料の上面の温度と下面の温度は、厚さ方向における中心温度から等分だけ変化させるため、測定温度を一定とすることができ、精度の高い薄膜の厚さ方向のゼーベック係数を得ることができます。

図3　電気抵抗率測定原理図	図4　ゼーベック係数測定原理図

図5　ゼーベック係数測定用 温度差設定

価格（税別）・目標販売台数

価　格：厚さ方向熱電特性評価装置「ZEM-d」　定価980万円～
初年度販売目標：　10台

特　長

• 温度差をつけた状態での厚さ方向のゼーベック係数および電気抵抗率の評価が可能です。
• 試料セット時のリード線接触良否判定用V-Iプロット計測を自動化し、最適電流を設定します。
• フレキシブルな薄板試料の面内方向測定も可能です。（オプション）

用　途

• 有機系および無機系熱電材料の厚さ方向熱電特性評価
• フレキシブル材料の異方性評価

仕　様

測定物性	ゼーベック係数、電気抵抗率
温度範囲	最高200℃ (試料高温側)
試料サイズ	断面積：最大φ30mm　厚さ：0.01～20mm
測定雰囲気	大気中、不活性ガス中

厚さ方向熱電特性測定装置「ZEM-d」外観

お問合せ先

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アドバンス理工株式会社　
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