小型・軽量で高効率フレキシブル熱電変換デバイスの開発に成功した。
【本技術の概要】
大阪大学産業科学研究所の菅原徹准教授（先端実装材料研究分野）と工学研究科の伊庭野健造助教らの研究グループは、精密な半導体チップ加工と実装プロセス、新規の実装材料を採用することで、超小型・軽量で、大面積・高効率・高機械的信頼性のフレキシブル熱電変換デバイスを開発した。今回開発したデバイスは、1cm角あたり約200個の超小型の熱電半導体チップを高密度に搭載し、フレキシブル性を向上させた。湾曲した熱源から熱の回収効率がよくなるとともに、微細化と軽量化により機械的信頼性を向上させた。低コストで、未使用率の高い100℃以下の廃熱を効率よく回収することができる。
【本技術の基本原理】
今回開発された熱電変換デバイスは、ダイシングなど半導体加工技術を駆使して熱電半導体チップを超微細加工し、軽量でフレキシブルな基板へ高精度チップマウンタにより、高密度に正確に実装することで、超小型・軽量化を実現した。また、上部電極を湾曲面と並行に配置するよう工夫し、1軸方向へ大きなフレキシブル性を持たせた。曲率半径1㎝以下を実現し、かつ総重量が僅か約0.4gと軽量である。この小型・軽量フレキシブル熱電変換デバイスは、他のエネルギー・ハーベスティングデバイスと比較して、遜色ない出力密度(630μW/cm2@dT=10℃)を達成した。
【本技術の特徴】
① 湾曲面と並行に電極を配置することで、1軸方向へ大きなフレキシブル性を持たせた。
② 曲率半径1㎝以下を実現し、かつ総重量が僅か約0.4gと軽量である。
③ 出力密度、630μW/cm2@dT=10℃を実現した。
④ 未使用率の高い100℃以下の廃熱を効率よく回収することができた。
⑤ 半導体デバイス実装技術を利用し、量産時に製造コストの大幅な削減が期待できる。
⑥ チップにかかる機械的ストレスが大幅に軽減され、機械的信頼性が向上した。
【本技術の応用事例・想定用途】
今回開発した小型・軽量フレキシブル熱電変換デバイスは、柔らかいペルチェ素子として利用することで、新産業を創出するエンターテインメントコンテンツや、情報呈示デバイスとしてメディアアートなどのエンターテインメント機器、視聴覚に障害をもつ人達への情報呈示機器に応用が期待されている。