2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development of energy harvesting method under water using superhydrophobic surface
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21K04732
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| Research Institution | 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群) |
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Principal Investigator |
大越 昌幸 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 電気情報学群, 教授 (70283497)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 超撥水性 / シリコーンゴム / ArFエキシマレーザー / 空気層 / 環境発電 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、超撥水性を呈する固体表面に、異種の微小金属を形成し、それを水中に浸漬させることにより、超撥水性表面には均一な空気層が形成して、空気層と水の両方に跨る空気層側の異種金属間で微弱な発電を実現し、導電性を有する液体に係わる環境下でのエネルギー自律型ウェアラブルデバイス作製に資することを目的としている。
2023年度は、2022年度に研究項目として加えた、シリコーンから成る新たなマイクロカプセルアレイ構造の形成に関し、均一なカプセル形状を得るため最適な実験条件を見出すとともに、マイクロカプセルの先端部ならびに側面部に微細な穴を形成する手法を確立して、イオン液体のみならず様々な電解質をカプセル化するための手法を見出した。そして、マイクロ発電とともにマイクロ蓄電も同時に行える新規デバイス作製の基礎的成果を得ることに焦点を合わせた。
具体的には、マイクロカプセル構造を形成した試料の裏面から、波長520 nmのフェムト秒レーザーを、出力300～350 mW、パルス繰り返し周波数20 kHz、照射時間5～10 sで照射すると、マイクロカプセル構造天頂部に、約1ミクロン径の穴が形成した。形成した穴は、多孔質の孔よりは大きいマイクロサイズであるため、表面張力の高い液体を充填する際には、多孔質の孔と比較して容易に浸透させることが可能であると考えられる。
また、シリカ微小球をシリコーンゴム上に単層整列後、隣接するシリカ微小球との最近接箇所の間隔が、マイクロカプセルの膜厚未満となるようプレエッチングを施し、マイクロカプセルを形成した。その後、HF水溶液の蒸気による化学エッチングを行うと、マイクロカプセル構造内のシリカ微小球が優先的に除去された後に、他の領域よりも、薄いシリコーン膜となった隣接部分がエッチングされることで、マイクロサイズの穴がマイクロカプセル側面部に形成されるに至った。
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