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2010 Fiscal Year Annual Research Report

ナノエネルギーシステム創生の研究

Research Project

Project/Area Number 18GS0203
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

桑野 博喜  東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50361118)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 西澤 松彦  東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20273592)
小野 崇人  東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (90282095)
折茂 慎一  東北大学, 金属材料研究所, 教授 (40284129)
田中 秀治  東北大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (00312611)
長澤 純人  東北大学, 大学院・工学研究科, 講師 (30400279)
Keywordsエナジー・ハーベスティング / マイクロ発電 / バイオ発電 / 熱電発電 / 振動発電 / 圧電発電 / エレクトレット発電 / MEMS
Research Abstract

1.環境発電システム:身の周りの広帯域振動に対応するマイクロ振動発電デバイスについて新しい構造を考案し実証.新構造は,圧電薄膜による中空box形状の中に小球を入れて,boxが外部力により振動すると小球とbox内壁が衝突し発電を行う.100Hz以下の周波数での発電を確認AIN薄膜マイクロ振動発電デバイスでは、ECR法によりAIN薄膜形成を検討し,c軸配向性,均一性,下地膜などの観点から最適条件を確立.空間分離法を考案して発電デバイスと整流ダイオードとの集積化を実現.
2.環境・生体適合型バイオ燃料電池:複数の小型バイオ燃料電池を用いて出力を長期間安定させる機構を開発.積層したバイオ電池を,磁性プラスチックと生分解性PLGAの接着剤で隔てた構造.PLGAの崩壊によって燃料溶液の流れが定期的にスイッチし,発電がリレーされて,出力の安定化を達成.産総研の畠グループが作製したCNTFを用いて,チューブ間隔が酵素のサイズに自動調節された酵素電極フィルムを開発.フルクトースデヒドロゲナーゼとラッカーゼによるバイオ電池について,世界最高の出力密度(1.8mW/cm^2)を達成,本バイオ電池は柔軟なフィルムなどで構成され、貼ったり,巻いたりすることが可能.
3.高付加価値マイクロエネルギーシステム:マイクロSOFC用新規電解質膜について,低温でも高いイオン伝導度を示すBZYのコンフォーマル成膜を目標として,新規ソースであるジルコニウムテトラキス,イットリウムトリス,およびバリウムアルキルアミジネイトを用いるALDシステムを自作開発し,成膜を確認.太陽光発電を熱電子発電と組み合わせて,高い効率を得る方式について新たに提案し,その効果を確認.全固体薄膜マイクロLi電池の実現を目指し,レーザビーム薄膜形成装置を自作し,初期特性を確認.LiAlH_4,Li_3AlH_6などのリチウムイオン伝導特性を評価し,理想的な伝導特性であることを確認.

  • Research Products

    (62 results)

All 2011 2010 Other

All Journal Article (14 results) (of which Peer Reviewed: 11 results) Presentation (39 results) Book (6 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results)

  • [Journal Article] Self-Regulating Enzyme-Nanotube Ensemble Films and Their Application as Flexible Electrodes for Biofuel Cells2011

    • Author(s)
      T.Miyake
    • Journal Title

      J.Am.Chem.Soc.

      Volume: 59

    • DOI

      DOI:10.1021/ja111517e

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] フレキシブル・同時並行MEMSプロセスを目指したマイクロイオン源の開発2010

    • Author(s)
      田面木真也
    • Journal Title

      日本機械学会論文集(C編)

      Volume: 76 Pages: 1902-1904

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 表面微細構造による幅射場操作を用いた放熱技術の検討2010

    • Author(s)
      小貫哲平
    • Journal Title

      日本機械学会論文集(C編)

      Volume: 76 Pages: 1917-1919

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 表面弾性波を用いた新しいマイクロ流体デバイスの研究2010

    • Author(s)
      佐野拓也
    • Journal Title

      日本機械学会論文集(C編)

      Volume: 76 Pages: 1920-1922

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 周期的微細構造によるSAW位相・周波数変調デバイス2010

    • Author(s)
      宮下雅広
    • Journal Title

      日本機械学会論文集(C編)

      Volume: 76 Pages: 1942-1944

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Automatic, Sequential Power Generation for Prolonging the Net Lifetime of a Miniature Biofuel Cell Stack2010

    • Author(s)
      T.Miyake
    • Journal Title

      Lab.On Chip

      Volume: 10 Pages: 2574-2578

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Microwave Heating Behaviors of Si Substrate Materials in a Single-mode Cavity2010

    • Author(s)
      Ziping Cao
    • Journal Title

      Materials Chemistry and Physics

      Volume: 124 Pages: 900-903

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Lithium-ion conduction in complex hydrides LiAlH_4 and Li_3AlH_62010

    • Author(s)
      H.Oguchi
    • Journal Title

      J.Appl.Phys.

      Volume: 107 Pages: 096104

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Synthesis and lithium fast-ion conductivity of a new complex hydrides Li_2(NH_2)_2I with double-layered structure2010

    • Author(s)
      M.Matsuo
    • Journal Title

      Chem.Mater.

      Volume: 22 Pages: 2702-2704

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Complex hydrides : A new category of solid-state lithium fast-ion conductors2010

    • Author(s)
      M.Matsuo
    • Journal Title

      Mater.Mater.

      Volume: 5 Pages: 105-107

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ni-Nb-Sn Bulk Metallic Glass Matrix Composites Fabricated by Microwave-Induced Sintering Process2010

    • Author(s)
      Guoqiang Xie
    • Journal Title

      Metallurgical and Materials Transactions A-Pysical Metallurgy and Materials Science

      Volume: 41A Pages: 1714-1719

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] マイクロ燃料電池2010

    • Author(s)
      田中秀治
    • Journal Title

      高圧ガス

      Volume: (高圧ガス) Pages: 57-57

  • [Journal Article] マイクロ・ナノ工学の展開2010

    • Author(s)
      桑野博喜
    • Journal Title

      日本機械学会論文集(C編)

      Volume: 76 Pages: 1882-1886

  • [Journal Article] バイオ材料とデバイス技術の融合2010

    • Author(s)
      西澤松彦
    • Journal Title

      現代化学

      Volume: 8月号 Pages: 44-48

  • [Presentation] センサ・コミュニケーション・ソサエティとエネルギーハーベスティング2011

    • Author(s)
      桑野博喜
    • Organizer
      MEMS Engineer Forum 2011
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      20110307-20110308
  • [Presentation] エネルギーハーベスティングの将来2011

    • Author(s)
      桑野博喜
    • Organizer
      マイクロマシンセンタ研究会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2011-02-17
  • [Presentation] センサ・コミュニケーション・ソサエティの文脈におけるエネルギーハーベスティング2011

    • Author(s)
      桑野博喜
    • Organizer
      エネルギーハーベスティングコンソーシアム研究会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2011-01-31
  • [Presentation] 3D VIBRATION HARVESTING USING FREE MOVING BALL IN PZT MICROBOX2010

    • Author(s)
      Eric Simon
    • Organizer
      Power MEMS 2010
    • Place of Presentation
      Leuven, Belgium
    • Year and Date
      20101201-20101203
  • [Presentation] CHARACTERISTICS OF FeBNbNd MAGNETIC METALLIC GLASS AND ITS APPLICABILITY TOFREESTANDING MICROCANTILEVERS FOR ELECTROMAGNETIC TRANSDUCER2010

    • Author(s)
      Tuan Anh Phan
    • Organizer
      Power MEMS 2010
    • Place of Presentation
      Leuven, Belgium
    • Year and Date
      20101201-20101203
  • [Presentation] RECTIFIER OF VIBRATION=DRIVEN MICRO ENERGY HARVESTING SYSTEM2010

    • Author(s)
      Kuni Tsuji
    • Organizer
      Power MEMS 2010
    • Place of Presentation
      Leuven, Belgium
    • Year and Date
      20101201-20101203
  • [Presentation] SEARCH OF NEW SOLID STATE LITHIUM-ION CONDUCTORS2010

    • Author(s)
      Hiroyuki Oguchi
    • Organizer
      Power MEMS 2010
    • Place of Presentation
      Leuven, Belgium
    • Year and Date
      20101201-20101203
  • [Presentation] THREE D FLEXIBLE VIBRATION STRUCTURE DESIGN ANF ITS FABRICATION FOR MICRO ENERGY HARVESTING2010

    • Author(s)
      Koei Takeda
    • Organizer
      Power MEMS 2010
    • Place of Presentation
      Leuven, Belgium
    • Year and Date
      20101201-20101203
  • [Presentation] Development of ALD System to Deposit Y, Ba and Zr Complex Metal Oxide Using Alkyl Amidinate Compound Precursors for Micro SOFC2010

    • Author(s)
      Masafumi Kumano
    • Organizer
      Power MEMS 2010
    • Place of Presentation
      Leuven, Belgium
    • Year and Date
      20101201-20101203
  • [Presentation] Energy Harvesting from Mechanical Vibration for Powering Micro Electronic Device2010

    • Author(s)
      Jinya Zhang
    • Organizer
      The Seventh International Conference on Flow Dynamics
    • Place of Presentation
      Sendai, Japan
    • Year and Date
      20101101-20101103
  • [Presentation] Evaluation of Internal Stress in FeBNbNd Metallic Glass Thin Films2010

    • Author(s)
      Tuan Anh Phan
    • Organizer
      The Seventh International Conference on Flow Dynamics
    • Place of Presentation
      Sendai, Japan
    • Year and Date
      20101101-20101103
  • [Presentation] Design, Fabrication and Energy Harvesting Characteristics of AlN Microcantilevers with low resonant frequency2010

    • Author(s)
      Jinya Zhang
    • Organizer
      The 2nd Symposium on Micro/Nano Machining
    • Place of Presentation
      Matsue, Japan
    • Year and Date
      20101013-20101015
  • [Presentation] Nanoindentation study of Fe-B-Nb-Nd soft magnetic metallic glass thin film prepared by ECR ion beam sputtering2010

    • Author(s)
      Tuan A Phan
    • Organizer
      The 2nd Symposium on Micro/Nano Machining
    • Place of Presentation
      Matsue, Japan
    • Year and Date
      20101013-20101015
  • [Presentation] Fabrication of a rectifier for micro energy systems2010

    • Author(s)
      Kuni TSUJI
    • Organizer
      The 2nd Symposium on Micro/Nano Machining
    • Place of Presentation
      Matsue, Japan
    • Year and Date
      20101013-20101015
  • [Presentation] Study of Frequency Characteristics of 3-D Fiexible Vibration Structure2010

    • Author(s)
      Koei Takeda
    • Organizer
      The 2nd Symposium on Micro/Nano Machining
    • Place of Presentation
      Matsue, Japan
    • Year and Date
      20101013-20101015
  • [Presentation] 集積化マイクロ発電デバイスの研究2010

    • Author(s)
      辻久仁
    • Organizer
      2010年度日本機械学会年次大会
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      20100905-20100908
  • [Presentation] 三次元マイクロ振動発電デバイスの研究2010

    • Author(s)
      武田宏栄
    • Organizer
      2010年度日本機械学会年次大会
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      20100905-20100908
  • [Presentation] 表面弾性波素子を用いたガスセンサシステムの研究2010

    • Author(s)
      村川佳誕
    • Organizer
      2010年度日本機械学会年次大会
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      20100905-20100908
  • [Presentation] マイクロ発電技術の最前線2010

    • Author(s)
      桑野博喜
    • Organizer
      2010年度日本機械学会年次大会
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      20100905-20100908
  • [Presentation] Integratin of Nanomaterials into Microsystem, The 5th Asia-Pacific Conference on Transducers and Micro-Nano Technology2010

    • Author(s)
      Takahito Ono
    • Organizer
      The 5th Asia-Pacific Conference on Transducers and Micro-Nano Technology
    • Place of Presentation
      Perth, Australia
    • Year and Date
      20100706-20100709
  • [Presentation] Optically-Controlled Multi Electron Source, The 5th Asia-Pacific Conference on Transducers and Micro-Nano Technology2010

    • Author(s)
      Eiichi Tomono
    • Organizer
      The 5th Asia-Pacific Conference on Transducers and Micro-Nano Technology
    • Place of Presentation
      Perth, Australia
    • Year and Date
      20100706-20100709
  • [Presentation] Investigation of new solid state lithium-ion conductors2010

    • Author(s)
      H.Oguchi
    • Organizer
      The 3rd Symposium on Micro Environmental Machine Systems in conjunction with The 5th Micro Energy Technical Meeting
    • Place of Presentation
      Sendai
    • Year and Date
      20100629-20100630
  • [Presentation] Sensor Communication Society and Micro Energy Systems2010

    • Author(s)
      Hiroki Kuwano
    • Organizer
      The 3rd Symposium on Micro Environmental Machine Systems in conjunction with The 5th Micro Energy Technical Meeting
    • Place of Presentation
      Sendai
    • Year and Date
      20100629-20100630
  • [Presentation] Nano Emitter and Thermoelectric Power Generation2010

    • Author(s)
      Takahito Ono
    • Organizer
      The 3rd Symposium on Micro Environmental Machine Systems in conjunction with The 5th Micro Energy Technical Meeting
    • Place of Presentation
      Sendai
    • Year and Date
      20100629-20100630
  • [Presentation] Bionic Power Generation2010

    • Author(s)
      Matsuhiko Nishizawa
    • Organizer
      The 3rd Symposium on Micro Environmental Machine Systems in conjunction with The 5th Micro Energy Technical Meeting
    • Place of Presentation
      Sendai
    • Year and Date
      20100629-20100630
  • [Presentation] Micro Fuel Cell Research2010

    • Author(s)
      Shuji Tanaka
    • Organizer
      The 3rd Symposium on Micro Environmental Machine Systems in conjunction with The 5th Micro Energy Technical Meeting
    • Place of Presentation
      Sendai
    • Year and Date
      20100629-20100630
  • [Presentation] Toward Micro Detonation Energy System2010

    • Author(s)
      Yuichiro Hamate
    • Organizer
      The 3rd Symposium on Micro Environmental Machine Systems in conjunction with The 5th Micro Energy Technical Meeting
    • Place of Presentation
      Sendai
    • Year and Date
      20100629-20100630
  • [Presentation] Ignition and Detonation Characteristics of Silver Azide Pellets2010

    • Author(s)
      Y.Hamate
    • Organizer
      The 14^<th> International Detonation Symposium
    • Place of Presentation
      Idaho, USA
    • Year and Date
      20100411-20100416
  • [Presentation] MEMSの基礎とマイクロ発電への応用2010

    • Author(s)
      桑野博喜
    • Organizer
      にいがた産業創造機構研究会
    • Place of Presentation
      長岡
    • Year and Date
      2010-12-09
  • [Presentation] Electrical Power Generation in Blood Vessel toward Medical Applications2010

    • Author(s)
      T.Miyake
    • Organizer
      MRS 2010 Fall Meeting
    • Place of Presentation
      Boston, U.S.A.
    • Year and Date
      2010-12-01
  • [Presentation] Sequental Power Genation for Plolonging The Net Lifetime of A Miniature Biofuel Cell Stack2010

    • Author(s)
      T.Miyake
    • Organizer
      μTAS 2010
    • Place of Presentation
      Groningen, Netherlands
    • Year and Date
      2010-10-05
  • [Presentation] フレキシブルバイオ燃料電池へ向けた自己収縮ナノ電極への酵素固定化2010

    • Author(s)
      吉野修平
    • Organizer
      第77回2010年電気化学会秋季大会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2010-09-03
  • [Presentation] グルコースを燃料とするニードル型バイオ燃料電池の試作2010

    • Author(s)
      谷田川陽平
    • Organizer
      第77回2010年電気化学会秋季大会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2010-09-03
  • [Presentation] Optically Controlled Emitters for Multi Electron Beam Lithography2010

    • Author(s)
      Hidetoshi Miyashita
    • Organizer
      18th International Vacuum Congress
    • Place of Presentation
      Beijing, China
    • Year and Date
      2010-08-26
  • [Presentation] バイオ電池の魅力と研究開発動向2010

    • Author(s)
      西澤松彦
    • Organizer
      ナノバイオフュージョン分科会研究会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2010-07-30
  • [Presentation] エネルギーハーベスティング2010

    • Author(s)
      桑野博喜
    • Organizer
      2010環境発電開発者会議
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2010-07-21
  • [Presentation] Microfluidic biological fuel cells : automatic series-connection and relay system2010

    • Author(s)
      T.Miyake
    • Organizer
      Biosensors 2010
    • Place of Presentation
      Glasgow, UK
    • Year and Date
      2010-05-26
  • [Presentation] Microstructured Biological Fuel Cells for Automatic Series-Connection and Relay Systems2010

    • Author(s)
      T.Miyake
    • Organizer
      ECS 217th Meeting
    • Place of Presentation
      Vancouver, Canada
    • Year and Date
      2010-04-27
  • [Presentation] Glucose/O2 Biofuel Cell With Enzyme-based Electrodes2010

    • Author(s)
      T.Miyake
    • Organizer
      2010 Materials Research Society SPRING MEETING
    • Place of Presentation
      San Francisco, U.S.A.
    • Year and Date
      2010-04-06
  • [Book] エネルギーハーベスティング技術の最新動向第3章-1「マイクロ振動発電」,第4章-1「マイクロ熱発電」,第7章「エネルギーハーベスティングの将来-センサのネットワーキングという文脈におけるマイクロエネルギーハーベスティングとマイクロセンサ-(監修:桑野博喜)2010

    • Author(s)
      桑野博喜
    • Total Pages
      73-81,140-145,208-220,242-250
    • Publisher
      シーエムシー出版
  • [Book] エネルギーハーベスティング技術の最新動向第5章-1「バイオ燃料電池」(監修:桑野博喜)2010

    • Author(s)
      西澤松彦
    • Total Pages
      184-193
    • Publisher
      シーエムシー出版
  • [Book] エネルギーハーベスティング技術の最新動向第4章-3「熱電子発電」(監修:桑野博喜)2010

    • Author(s)
      小野崇人
    • Total Pages
      164-168
    • Publisher
      シーエムシー出版
  • [Book] エネルギーハーベスティング技術の最新動向第5章-3「ウルトラマイクロガスタービンの研究動向とマイクロデトネーションの可能性」(監修:桑野博喜)2010

    • Author(s)
      浜手雄一郎
    • Total Pages
      208-220
    • Publisher
      シーエムシー出版
  • [Book] エネルギーハーベスティング技術の最新動向第5章-2「マイクロ燃料電池システム」(監修:桑野博喜)2010

    • Author(s)
      田中秀治
    • Total Pages
      195-203
    • Publisher
      シーエムシー出版
  • [Book] 知識ベースS2-7-3-1-12「バイオ燃料電池」2010

    • Author(s)
      西澤松彦
    • Publisher
      電子情報通信学会(Web版)
  • [Remarks]

    • URL

      www.nanosys.mech.tohoku.ac.jp/nes

  • [Patent(Industrial Property Rights)] タンパク質を包含したカーボンナノチューブフィルム、それを電極とするセンサ及び発電デバイス2010

    • Inventor(s)
      西澤松彦
    • Industrial Property Rights Holder
      東北大学産業技術総合研究所
    • Industrial Property Number
      特願2010-227013
    • Filing Date
      2010-06-29
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 静電式エネルギー変換装置2010

    • Inventor(s)
      浜手雄一郎
    • Industrial Property Rights Holder
      東北大学
    • Industrial Property Number
      特願2010-139898
    • Filing Date
      2010-06-03

URL: 

Published: 2013-06-26  

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