2018 Fiscal Year Research-status Report
異種原子ドープ2次元材料と流体がつくる固液界面動電現象の解明
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18K04880
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
岡田 健 東北大学, 工学研究科, 助教 (90616385)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | グラフェン / 界面動電 / 固液界面 / 流体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
将来多数のセンサーを生活環境に設置し、それらから得る情報を活用する社会が想定されている。そのために自律した小規模電源の開発が急務であり、生活環境中の物理現象を利用するエネルギーハーベスティングの重要性が認識されている。そこで本研究では、流体と2次元材料がつくる固液界面における動電現象に着目し、未だ学術的理解がなされていないメカニズムの解明を行い、自律発電デバイス化の指針提案とプロトタイプ作製を目的とし研究を行っている。
H30年度は当初の予定通り、液滴/グラフェン界面における動電現象について、液滴の移動速度、界面の接触面積、窒素ドープグラフェンを用いた表面電位変調効果に関する相関解明を目的に研究を実施した。
グラフェン上を移動する液滴の速度（流速）を変化させた結果、液滴の移動に伴いグラフェン面内流れ方向に生じる起電力は流速に依存し増加することが明らかになった。このことはグラフェン内のキャリア伝導を流体によって制御できることを示唆している。また界面の接触面積に比例することが明らかになった。さらに窒素ドープグラフェンを用いることで起電力が1.5倍まで上昇することが明らかになった。窒素ドープグラフェンでは固液界面におけるグラフェンの表面電位が変調される。そのため、窒素ドープグラフェンを用いた場合の起電力上昇は、界面近傍のポテンシャル分布が急峻になったことが要因だと考えられる。
以上のように、H30年度は計画通りの進捗と十分な成果があった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初計画していた研究内容を実施し、界面動電現象における流速、表面電位、ドーピングの効果についてそれぞれ解明した。これらの成果を論文発表、および学会発表を行っている。また国際会議における招待講演を行った。以上のことから、当初計画以上に研究が進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究推進は当初の予定に基づき、フッ素ドープグラフェンを合成し界面動電に展開する。また、実験、および密度汎関数シミュレーションを用いて2次元材料のバンド構造計算を行い、界面動電現象の解明に関する検討を進める。
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| Causes of Carryover |
研究の進捗が当初予定よりも進んでおり、実験系の変更が必要となった。必要な素材の仕様選定と納期を考慮した結果、年度内の執行をとりやめ次年度へ繰り越した。
現時点で仕様選定はほぼ終了している。詳細を検討した後、早急に購入予定である。
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