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非鉛圧電体膜によるフレキシブル基板上での圧電発電

Research Project

Project/Area Number 12J09622
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Inorganic materials/Physical properties
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

白石 貴久  東京工業大学, 総合理工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥2,700,000 (Direct Cost: ¥2,700,000)
Fiscal Year 2014: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2013: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2012: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords圧電体膜 / 振動発電 / フレキシブル素子 / 水熱合成法 / フレキシゼリティ / アニール効果 / 低温製膜 / 非鉛圧電体
Outline of Annual Research Achievements

圧電体による圧電発電は、環境振動をエネルギー源して発電する技術であり、200Hz以下の共振周波数を有した圧電素子の作製が求められる。そこで、金属箔や有機材料といったフレキシブル基板上へ、圧電体膜を堆積させた"フレキシブル圧電素子"を作製することで、要求を満たすことが可能であると考えた。しかし、一般的に圧電体膜の作製温度は500℃以上であり、有機材料の耐熱温度より高い。そこで、300℃以下の低温で材料合成可能な水熱合成法に着目し、実際にフレキシブル圧電素子を作製し、その諸特性観測および特性向上を試みた。
金属箔基板を用いた研究において、高いフレキシビリティを有した素子の作製に成功し、曲げても割れや剥離は確認されなかった。また、200Hz以下の共振周波数と発電特性の観測に成功した。さらに、300℃での熱処理と電界印加による分極処理を施すことで、発電量の増加を観測し、既往報告と同程度以上の発電密度を達成した。これより、水熱合成法を用いて作製したフレキシブル圧電素子は、振動発電への応用が可能であることを見出した。
有機基板を用いた研究において、基板-電極層間の密着性の低さが問題となっていた。そこで、予め鑢を用いて基板表面を荒らすことで、アンカー効果による密着性の向上に成功した。また、有機基板上へ圧電体膜を直接堆積させ、その電気特性の観測に成功した。さらに、高いフレキシビリティも確認された。これより、水熱合成法を用いることで、耐熱性の低い有機基板上へも圧電体膜を直接作製することが可能であり、フレキシブル圧電素子としての可能性も見出した。
以上より、本研究成果を通して、水熱合成法はフレキシブル圧電素子の作製に適した手法の一つであり、水熱製フレキシブル素子は発電応用可能であることを明らかにした。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • Research Products

    (21 results)

All 2015 2014 2013 2012

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (14 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Ferroelectric and piezoelectric properties of KNbO3 films deposited on flexible organic substrate by hydrothermal method2014

    • Author(s)
      T. Shiraishi, N. Kaneko, M. Ishikawa, M. Kurosawa, H. Uchida and H. Funakubo
    • Journal Title

      Japan Journal of Applied Physics

      Volume: 53 Issue: 9S Pages: 1-4

    • DOI

      10.7567/jjap.53.09pa10

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Effect of heat treatment on electrical and electromechanical properties of hvdrothermally synthesized evitaxial (K_<0.5>Na_<0.5>)Nb0_3 films2014

    • Author(s)
      白石貴久, 金子祈之, 黒澤実, 内田寛, 平山泰生, 舟窪浩
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: (印刷中)

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Composition dependency of crystal structure, electrical and piezoelectric properties for hydrothermally-synthesized 3 &micro;m-thickness (K<i><sub>x</sub></i>Na<sub>1&minus;</sub><i><sub>x</sub></i>)NbO<sub>3</sub> films2013

    • Author(s)
      白石貴久, 榮西弘, 安井伸太郎, 石河睦生, 長谷川智仁, 黒澤実, 内田寛, 舟窪浩
    • Journal Title

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      Volume: 121 Issue: 1416 Pages: 627-631

    • DOI

      10.2109/jcersj2.121.627

    • NAID

      130004480176

    • ISSN
      1348-6535, 1882-0743
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Crystal structure analysis of hydrothermally synthesized epitaxial (K_xNa_<1_x>)NbO_3 films2013

    • Author(s)
      白石貴久, 金子祈之, 榮西弘, 清水荘雄, 黒澤実, 内田寛, 小林健, 木口賢紀, 今野豊彦, 舟窪浩
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 52 Issue: 9S1 Pages: 09KA11-09KA11

    • DOI

      10.7567/jjap.52.09ka11

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ferroelectric and Piezoelectric Properties of (K, Na)NbO3 Thick Films Prepared on Metal Substrates by Hydrothermal Method2013

    • Author(s)
      白石貴久, 榮西弘, 安井伸太郎, 石河睦生, 長谷川智仁, 黒澤実, 内田寛, 坂下幸雄, 舟窪浩
    • Journal Title

      Journal of the Korean Physical Society

      Volume: 62(掲載確定)

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Growth of 130 um Thick Epitaxial KNbO3 Film by Hydrothermal Method2013

    • Author(s)
      白石貴久, 榮西弘, 石河睦生, 長谷川智仁, 黒澤実, 舟窪浩
    • Journal Title

      Material Research Society Symposium Proceedings

      Volume: 1494 Pages: 291-296

    • DOI

      10.1557/opl.2013.50

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 水熱合成(K,Na)NbO3膜を用いたフレキシブル圧電素子の作製と特性評価2015

    • Author(s)
      白石 貴久、金子 祈之、黒澤実、内田 寛、鈴木 靖弘、小林 健、舟窪 浩
    • Organizer
      第62回 応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東海大学湘南キャンパス, 神奈川県平塚市北金目
    • Year and Date
      2015-03-11 – 2015-03-14
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] (Hf,Zr)O2薄膜の電気特性と結晶構造の評価2014

    • Author(s)
      白石 貴久、片山 きりは、横内 達彦、清水 荘雄、及川 貴弘、内田 寛、舟窪 浩
    • Organizer
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      北海道大学札幌キャンパス, 北海道札幌市北区北8条西
    • Year and Date
      2014-09-17 – 2014-09-20
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Growth Mechanism of Hydrothermally Synthesized (K0.5Na0.5)NbO3 Films2014

    • Author(s)
      Takahisa Shiraishi, Noriyuki Kaneko, Hiro Einishi, Minoru Kurosawa, Hiroshi Uchida, Nobuhiro Kumada, Takanori Kiguchi, Toyohiko J. Konno, Hiroshi Funakubo
    • Organizer
      10th Japan-Korea Conference on Ferroelectrics
    • Place of Presentation
      広島国際会議場, 広島県広島市中区中島町
    • Year and Date
      2014-08-17 – 2014-08-20
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 水熱合成法によるKNbO3 膜の低温合成と特性評価2014

    • Author(s)
      白石 貴久、金子 祈之、黒澤 実、石河 睦生、内田 寛、舟窪 浩
    • Organizer
      FMA-31
    • Place of Presentation
      コープイン京都, 京都府京都市中京区柳馬場蛸薬師上ル井筒屋町
    • Year and Date
      2014-05-28 – 2014-05-31
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Energy harvesting with (K,Na)NbO3 films deposited on flexible metal foil2014

    • Author(s)
      Takahisa Shiraishi, Noriyuki Kaneko, Minoru Kurosawa, Hiroshi Uchida, Yasuhiro Suzuki, Takeshi Kobayashi, Hiroshi Funakubo
    • Organizer
      23rd IEEE ISAF
    • Place of Presentation
      The Penn Stater Conference Center Hotel, State College, America
    • Year and Date
      2014-05-13 – 2014-05-15
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] フレキシブル金属箔上に作製された水熱合成(K, Na) NbO_3膜の発電特性2014

    • Author(s)
      白石貴久, 金子祈之, 黒澤実, 内田寛, 鈴木靖弘, 小林健, 舟窪浩
    • Organizer
      第61回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      青山学院大学
    • Year and Date
      2014-03-18
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Piezoelectric energy harvesting using lead-free (K, Na) NbO_3 films on fle xible metal foil2013

    • Author(s)
      白石貴久, 金子祈之, 黒澤実, 内田寛, 小林健, 舟窪浩
    • Organizer
      2013 MRS Fall Meeting
    • Place of Presentation
      Hynes Convention Center (アメリカ)
    • Year and Date
      2013-12-02
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 水熱合成(K, Na) NbO_3膜におけるOH-含有量と電気特性の関係2013

    • Author(s)
      白石貴久, 金子祈之, 黒澤実, 内田寛, 平山泰生, 熊田伸弘, 舟窪浩
    • Organizer
      応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      同志社大学
    • Year and Date
      2013-09-19
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Crystal structure analysis of (K_<0.5>Na_<0.5>)NbO_3 film synthesized by hydroth ermal method2013

    • Author(s)
      白石貴久, 金子祈之, 榮西弘, S. R. Krishnan, 黒澤実, 内田寛, 木口賢紀, 舟窪浩
    • Organizer
      2013 JSAP-MRS joint symposia
    • Place of Presentation
      同志社大学
    • Year and Date
      2013-09-17
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Effect of heat treatment on crystal structure and electrical properties for hydrothermally-synthesized epitaxial (K, Na) NbO_3 films2013

    • Author(s)
      白石貴久, 石河睦生, 安井伸太郎, 黒澤実, 内田寛, 平山泰生, 舟窪浩
    • Organizer
      ISIF-2013
    • Place of Presentation
      Hilton DFW Lakes Executive Conference Center (アメリカ)
    • Year and Date
      2013-07-30
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 水熱合成 (K_xN_<a1-x>)NbO3膜の作製と結晶構造評価2013

    • Author(s)
      白石貴久
    • Organizer
      応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学(神奈川県)
    • Year and Date
      2013-03-29
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Growth of (K, Na)NbO_3films on Flexible Substrates by Hydrothermal Method for Energy Harvesting applications2012

    • Author(s)
      白石貴久
    • Organizer
      MRS Fall Meeting
    • Place of Presentation
      Hynes Convention Center(ボストン/アメリカ)
    • Year and Date
      2012-11-29
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 水熱合成 (K_xN_<a1-x>)NbO3膜の結晶構造評価2012

    • Author(s)
      白石貴久
    • Organizer
      エレクトロセラミックス研究討論会
    • Place of Presentation
      東京工業大学 大岡山キャンパス(東京都)
    • Year and Date
      2012-10-26
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Growth of (K_xN_<a1-x>)NbO_3 films by hydrothermal method and their characterization2012

    • Author(s)
      白石貴久
    • Organizer
      IUMRS-ICEM 2012
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(神奈川県)
    • Year and Date
      2012-08-26
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Book] Ceramic Data Book 2013 Vol. 41, 水熱合成法の特徴を活かした非鉛圧電体膜の作製と応用2013

    • Author(s)
      舟窪浩, 白石貴久
    • Total Pages
      176
    • Publisher
      株式会社 テクノプラザ
    • Related Report
      2013 Annual Research Report

URL: 

Published: 2013-04-25   Modified: 2024-03-26  

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