2018 Fiscal Year Research-status Report
Development of method for increasing generation efficiency and durability of nano-sheet reinforced dielectric elastomer generator
| Project/Area Number |
18K03858
|
|---|
| Research Institution | Fukuoka Institute of Technology |
|---|
Principal Investigator |
朱 世杰 福岡工業大学, 工学部, 教授 (60283032)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | 誘電エラストマ / 発電エネルギー密度 / 発電効率 / 純せん断繰り返し試験 / 二次元等軸繰り返し試験 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
今年度、誘電エラストマデバイスの評価法の確立を行った。材料評価用に，動的粘弾性測定装置、複合型エラストマー駆動用高圧電源，二軸繰り返し試験機（複合型エラストマーの特性評価力学特性評価および発電用変形制御のための装置）を購入し，電子回路やLabview制御プログラムを作成することで，動作デバイスの発電特性評価システムを構築した。二軸繰り返し試験機を用いる変位制御純せん断繰り返し試験装置と二次元等軸繰り返し試験装置を設計し，独自の負荷装置を作製した。最適な電力変換システムと発電データ解析方法を開発している。
発電試験装置を立ち上げ，発電特性評価試験を行った。エラストマーシートの上下にカーボン電極を塗布し，変位制御純せん断繰り返し試験と二次元等軸繰り返し試験をしながら，発電データを記録し，最適な電子回路のパラメータと力学試験条件を調査した。純せん断繰り返しの発電エネルギー密度は310J/kg，発電効率は11%でしたが，二次元等軸繰り返しの発電エネルギー密度は670J/kg，発電効率は30%を実現した。今後後、新規複合型エラストマー素材を実装した発電デバイス作製と試験を行う。
上記の誘電エラストマデバイスの発電試験とともに、高弾性解析モデルを検討し，代表的なNeo-Hookeanモデル，Yeohモデル，Gentモデルを利用して，純せん断繰り返し試験と二次元等軸繰り返し試験の最大発電エネルギー密度を計算した。解析結果と実験結果の比較をしながら，今後の試験方法の改良を提案した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ナノシート複合型の誘電エラストマー複合素材の開発が予想より難しいでした。
|
| Strategy for Future Research Activity |
新規複合型エラストマー素材を実装したデバイスを作製し，その試験を行う。発電デバイス開発における，主な性能指標はエネルギー密度であるが，逆駆動した際のアクチュエータとしての性能として応答速度，変位，エネルギー効率なども調べる。高弾性解析モデルおよび有限要素法解析を継続し，解析と実験により最適ナノシートの間隔などの強化パラメーターを決定し，新しい誘電エラストマー材料の開発指針を提供する。実用化に向けてより薄いエラストマーシートを使って多層複合エラストマーシートを試作する。多層複合エラストマーシートを駆動層として低電圧と高応答性アクチュエーターの実現を可能にする。
ナノシート複合型の誘電エラストマー複合素材に関する研究をするとともに、ほかの新しい誘電エラストマーを考慮し，発電効率および耐久性の向上方法を開発する目的を実現する。
|
| Causes of Carryover |
新しい材料の開発は予想より難しいので，次年度に実現するため研究経費を集中に使用する。
|
