人类过着与电不可分开的生活。在众多的活动和机器的使用中，电是必不可少的。但是，如果能通过体温制造在发电厂才能制造的电就会怎么样呢？下面介绍开发出将热能转化为电能的新热电材料的能源工程系张在荣教授和“能源电子材料及装置研究室（Electronic & Energy Device Lab）”。

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引领着“能源电子材料及装置研究室（Electronic & Energy Device Lab）”的能源工学系张在荣教授。

Q. 请介绍一下教授带领的“能量电子材料及装置研究室（以下简称研究室）”。

A.   2015年开设了研究室，目前与13名研究员（博士后研究员1名，硕博综合过程生12名）在一起研究着下一代半导体素材。正在开发包括有机高分子（聚合物）和无机物量子点（quantum dot）等有机和无机的多种材料。在此基础上，广泛进行着高分子热电装置、量子点的合成及改质、薄膜晶体管、太阳电池及氢生产技术等研究。有着“开发代替现有硅基础电子材料的溶液工程基础的材料和工程方法，以此实现低价高效率的下一代能源·电子装置。”的远大目标。

Q. 最近成功开发了‘用体温生产电的材料。

A.   热电技术是指将热能转换为电能的技术。我们开发的新的热电材料像布条一样轻盈柔软，而且能很好地传达热和电。今后将把体温变为电，给手机或笔记本电脑充电等，将成为移动电子机器的动力源。这项研究去年刊登在能源和材料科学领域的世界权威杂志《Advanced Energy Materials》和《Advanced Functional Materials》的封面论文中。

  我们研究室主要开发具有人体亲和性的、轻盈柔软特性的基于高分子的有机热电材料。最终目标是利用这些开发可适用于服装或身体的热电装置。材料可以理解为Material，装置可以理解为Device。包含着制作出优秀特性的材料后，加工、模式化材料制作装置的技术。

Q. 请更详细说明一下该技术。

A.   半导体的两端发生温度差的话，会有电流流动，将这种特性极大化的材料称为热电材料。利用车辆或建筑物等浪费的废热可以产电，贴在衣服上可以将体温和与外部发生的温差转换为电。

  在制作热电材料时，如果利用有机半导体高分子，虽然有重量轻、柔软、毒性低的优点，但存在导电性下降的问题。为了解决这个问题，加入了各种各样的掺杂物（Dopant，添加剂），这个过程叫做掺杂。有一种叫做BCF的物质，易溶解在有机半导体易容的溶剂中，如果这与水反应的话，原本的酸性就会发生变化。我们关注了具有酸性的多种物质被广泛使用为有机半导体的掺杂物。推测了与水反应的BCF可以以同样的方式使用，并成功地将与水反应生成的酸性极大化，大大提高了有机热电材料的性能。查明了有机半导体的掺杂原理，开发出了能够更好地掺杂的新掺杂技术。

  这与现有的掺杂技术相比，导电性和热电发电特性提高了数十倍以上，可以说是从素材角度提出新突破的研究。我认为这被认可后，可以在具有很高IF值（25.24）的《Advanced Energy Materials》杂志上发表该研究结果。

Q.有超越掺杂技术开发，进一步提高了热电材料的功能性的研究结果吗？

A.   《Advanced Functional Materials》杂志的封面论文上的研究就是这样地内容。通过给高分子材料赋予新的功能性，开发出了将从外部受到的物理伤害恢复到原状的“自我治愈性”热电素材。拉的话会变长，剪后黏贴就可恢复。

  这项研究的意义在于扩大了可穿戴热电装置的应用性。之前所说的掺杂技术和这种材料技术可以适用于多种有机半导体。我认为将成为今后的高性能有机热电装置开发的核心技术。

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热电装置的热电特性评价场面。

Q. 请说一下国内外技术水平和发展前景。

A.   热电效应统称换热成电或换电成热的现象，适用于宇宙·航空领域的电力动力源到冰箱及冷热水器的温度调节等多种领域。现在正在进行开发有机、无机、有无机混合材料的热电材料研究。现实生活中使用的大部分热电材料都是无机材料，像可穿戴的有机热电材料还没有被商用化。下一代热电材料开发研究在海外进行得更加活跃。

  随着全球化石燃料枯竭和气候变化等能源·环境问题的扩大，能量收集技术（将自然产生的能量转化为电能而收获的技术）的一种热电装置的开发的要求将进一步增多。另外，随着物联网（IoT）技术的普及，作为许多智能传感器或电子装置的动力源的使用率也会提高。

Q. 除此之外还有值得骄傲的研究室成果吗？

A.   不仅是热电装置，还在研究多种能量和电子装置。利用量子点材料的光电装置和太阳电池、氢生产技术开发等作为产学研联系课题，正在开发可进行溶液工程的下一代晶体管技术。与此同时，还在不断探索能提高能源效率或环保式使用能源的方法。

Q. 今后研究室的运营计划和目标是什么？

A.   作为之前介绍的研究的后续研究，最近开发了能够最大化掺杂效率的新的掺杂剂和热电材料，并将其应用于多种有机半导体，进一步提高热电装置的性能。同时，正在进行开发具有极大化高分子材料本身特性的结构的热电装置。例如，利用容易拉伸、具有粘性的高分子材料的特性，粘在皮肤上使用的贴片式热电元件、利用柔软海绵结构的热电元件等，不仅为了提高了效率，还为了普及热电技术，正在进行多方面的努力。虽然要跨越的墙还有很多，但是为了下一代电子·能源技术的国内化，我们将继续努力研究。

以热情团结的成员们的力量

徐义贤（能源工学系硕士博士通奸综合课程生16）

  “在研究室，人和人之间的关系非常重要，我们研究室几乎没有冲突或矛盾。因为大家都是很努力的，所以自然形成了自己努力的氛围。要想在研究室取得成果，就要进行很多实验，教授也很热情，研究员们也很努力，自然有了好的结果。虽然在研究与能量相关的材料，但也能同时接触到量子点、晶体管、太阳电池、热电材料等多种领域，这是最大的优点。”​

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在热电特性评价中讨论结果的研究员们。

对高水平的研究论文感到欣慰

郑在民（能源工程系硕士博士综合课程生17）

  “国内研究有机热电技术的地方不多。在学会或研讨会上看到我们研究室发表的论文时，我再次因在进行高水平的研究而感到自豪。我在本科专攻了化学，毕业后进入能源工程系。教授认为研究的自由度很重要，我尽情地研究了自己想做的领域并成长，现在具备了独自研究的能力。当然对研究产生了更大的兴趣。”

平等的研究氛围浓厚

李泽成（能源工程系硕士博士综合课程生18）

  “我们研究室的优点是平等的研究氛围。帮助彼此自由的研究，不吝惜建议。无论年级，我们都可以自由的发表研究相关的意见，因此我们不仅在进行着高效的研究，还维持着深厚的关系。大家都想做的意志很大，不仅在旁边看着可以学习，还可以得到很多动力。以自律性为基础形成了学生们进行自己想做的研究的环境。我认为这样的因素有助于提高研究能力，得到很好的业绩。”

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