日本名古屋大學研究生院工學研究科的田中久曉助教與竹延大志教授等人組成的研究團隊最近發現，向導電性聚合物注入電荷，在半導體變爲金屬狀態的供電端，溫度差轉換爲電力的性能達到最大。這項成果爲IoT設備供電用柔性電流源的開發開闢了新道路。
研究團隊使用的是分子排列整齊、結晶性高的含硫雜環化合物——噻吩基導電性聚合物（PBTTT）薄膜。利用柵極電壓下向材料注入電荷的「電解質柵極法」，調節了薄膜的電荷濃度。另外，利用可進行焦熱電轉換的帕爾帖元件形成了溫度差，由此在廣泛範圍觀察資料。
利用電解質柵極法注入電荷的示意圖。在聚合物薄膜上滴下含正負可動離子的電解質，透過柵極電壓（Vg）將離子驅動到高分子膜内，向高分子輸送電子（電洞）。S、D、G表示電極。（圖片由名古屋大學提供）
實驗結果顯示，注入電荷後，電導率（σ）和發電性能（功率因數＝PF）均提高，電導率在室溫下超過每釐米600S（西門子，電導率的單位）。另外在PBTTT薄膜中首次發現，在200S附近發電性能表現出明確的峰值。
表示焦熱電材料性能的塞貝克係數（上）和發電性能（下）的電導率依賴性。PF表示隨着金屬態的形成而出現的明確峰值。（圖片由名古屋大學提供）
實驗表明電導率具有溫度依賴性。當柵極電壓的絕對值較小、電荷濃度較低時像半導體一樣，電導率在低溫下會降低。相反，當柵極電壓較大、電荷濃度較高時，則表現出電導率在低溫下增加的金屬傾向。也就是說，在峰值時導電性由半導體變成了金屬。
電導率（σ）的溫度依賴性（圖片由名古屋大學提供）
另外，往分子排列有序的高結晶區域注入低於原來設想的電荷量實施了金屬態。研究團隊預測，如果改良元件設計，就有望以少量電荷實施高發電性能。團隊計劃將來開發具備高發電性能的柔性焦熱電轉換材料和元件，以人體爲熱源爲IoT設備供應微量電力。
北海道大學電子科學研究所的太田裕道教授和產業技術綜合研究所的下位幸弘研究組長也參與了研究。相關研究論文已線上發表於美國科學期刊《Science Advances》上。
日文：JST Science Portal
中文：JST客觀日本編輯部翻譯
