Development of piezoelectric polymer printer for 3D origami structure sensor device

• Project/Area Number: 19H02019
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 18010:Mechanics of materials and materials-related
• Research Institution: Yamagata University
• Principal Investigator: Murasawa Go 山形大学, 大学院理工学研究科, 教授 (90348467)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西岡 昭博 山形大学, 大学院有機材料システム研究科, 教授 (50343075)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000); Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2021: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2020: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2019: ¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000)
• Keywords: 圧電高分子材料 / 圧電高分子

Outline of Research at the Start

３次元任意形状に造形可能な高分子センサデバイスを創成する目標に向けて、申請期間内で、次の３つの課題にチャレンジしていく。
（１）電極作成機能付の圧電高分子マルチプリンタを開発し、圧電高分子フィルムセンサデバイスの作成技術を確立する。
（２）新提案技術の「帯電分子配向法」により、圧電高分子フィルムセンサデバイスの分極処理技術を確立し、その高性能化を試みる。
（３）新提案の「折り紙を応用した３次元構造化の手法」を用いることで、３次元構造の圧電高分子センサデバイスを開発するとともに、その性能を評価する。

Outline of Final Research Achievements

To develop a polymer sensor device capable of shaping into arbitrary three-dimensional forms, we aimed to (1) establish the fabrication technique for piezoelectric polymer film sensor devices and (2) enhance the performance of piezoelectric polymer film sensor devices. Additionally, we developed (3) a three-dimensional structured piezoelectric polymer sensor device and evaluated its performance.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

プリントに最適な圧電高分子インクを創成するとともに，独自開発の圧電高分子プリンターを用いてプリンテッド圧電高分子フィルムセンサーデバイスの開発をおこなった．新規材料の創成と任意構造に印刷可能なセンサーデバイスの作成の成果は，先端的かつ独自性が高い研究である．また，本研究成果から得られた印刷可能なセンサーデバイスを社会実装することで，SDGsにかかる環境発電技術などに大きく貢献していくことができる．

Research Products

• [Journal Article] Twisting and Reverse Magnetic Field Effects on Energy Conversion of Magnetostrictive Wire Metal Matrix Composites (2020)
  • Author(s): Yang Zhenjun、Wang Zhenjin、Seino Manabu、Kumaoka Daisuke、Murasawa Go、Narita Fumio
  • Journal Title: physica status solidi (RRL) - Rapid Research Letters Volume: 14 Issue: 10 Pages: 2000281-2000281
  • DOI: 10.1002/pssr.202000281
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Twisting and Reverse Magnetic Field Effects on Energy Conversion of Magnetostrictive Wire Metal Matrix Composites (2020)
  • Author(s): Zhenjun Yang, Zhenjin Wang, Manabu Seino, Daisuke Kumaoka, Go Murasawa and Fumio Narita
  • Journal Title: Physica Status Solidi (RRL) Volume: 14 Pages: 2000281-2000281
  • DOI: 10.1016/j.mtla.2020.100644
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Poly(vinylidene fluoride) film printing system using solution droplet casting (2019)
  • Author(s): Yamada Noriyasu、Shiratori Atsuki、Murasawa G
  • Journal Title: Smart Materials and Structures Volume: - Issue: 4 Pages: 044003-044003
  • DOI: 10.1088/1361-665x/ab0842
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 圧電高分子専用デュアルヘッドプリンタ (2019)
  • Author(s): 村澤剛
  • Journal Title: 設計工学 特集（３Dプリンタの現状とものづくりの未来） Volume: 54 Pages: 356-359
• [Presentation] インクジェットヘッド搭載圧電高分子プリンタを用いたPVDF フィルムデバイスの印刷 (2021)
  • Author(s): 浦山貴行、村澤剛
  • Organizer: 日本実験力学会 2021年度年次講演会
• [Presentation] その場ラマンスペクトルの開発と速乾性PVDFインクの結晶構造解析 (2021)
  • Author(s): 富山皓生、山田典靖、村澤剛
  • Organizer: 日本実験力学会 2021年度年次講演会
• [Presentation] 高濃度PVDF溶液を用いた圧電高分子フィルムの作成 (2019)
  • Author(s): 山田典靖，村澤剛，荒木稚子，荒居善雄
  • Organizer: 日本機械学会 M&M2019 材料力学カンファレンス
• [Presentation] プリンタブル圧電高分子インクの創成 (2019)
  • Author(s): 村澤剛，鈴木健斗，山田典靖
  • Organizer: 日本機械学会 2019年度年次大会
• [Remarks] 村澤研究室ホームページ
  • URL: http://smart-lab.yz.yamagata-u.ac.jp/murasawa/
• [Remarks] 村澤研究室HP
  • URL: http://smart-lab.yz.yamagata-u.ac.jp/murasawa/