多孔性圧電膜の環境発電応用への検討

2013 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25630113
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 小林 牧子 熊本大学, 自然科学研究科, 准教授 (90629651)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 環境発電 / 多孔性圧電膜 / 床発電

Research Abstract

本研究は多孔性圧電体が環境発電応用に使用できるかどうか検討を行うものである。申請者らが開発した多孔性圧電厚膜をその多孔性により①高耐熱性②高柔軟性③高圧電定数gという特徴をもっている。高効率広帯域超音波トランスデューサとして長年研究を行い、企業とライセンス締結にもいたっているが、その材料の特徴は環境発電応用においても利点になりうると思われる。
本研究の具体的な目的は、①多孔性圧電厚膜が振動、圧力、光（含太陽光）、温度変化によりどの程度のエネルギーを発生できるのかを測定すること、②その膜から発生したエネルギーを使用したデバイスを試作することの2点である。
予算の関係で周波数可変振動機の購入を見送ったため、圧力を利用した環境発電のデバイスの設計および試作を行った。具体的には圧電膜の厚さおよび基板材料、上部電極および基板の厚さを変化させ、基金により購入したd33メーターで起電力の評価を行った。その結果、圧電膜の厚さは少なくとも120マイクロメートルまでの範囲においては飽和することなく、厚い方が起電力が高かった。上部電極においては、柔らかく厚い銀ペーストよりは、薄い蒸着したアルミ電極の方が起電力が高かった。これは上部電極での損失が少ない方がよいためであると思われる。基板はSUS等固い方が起電力が高かった。これは、上からの圧力を固い基板は吸収することがないため、圧電膜に効率的に印加されるため、ということが推測される。このように、床発電のように使用用途を考慮してからデバイスを試作したほうが効率がよいことが判明した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

振動発電から床発電に方向性を変更したが、デバイスの試作には成功し、設計方向性を確認できた。

Strategy for Future Research Activity

多孔性圧電厚膜の振動・圧力・光・温度変化に対する起電力の測定
環境発電への可能性を追求するため、以下の2項目の研究を行う。圧電デバイスの構造は前年度に使用したSUS箔あるいは金属基板上に圧電厚膜を堆積したものを使用する。
(1)圧力・光・温度変化に対する起電力の測定のため、d33メータおよびオシロスコープを使用し、異なる圧力・光・温度等の条件下でd33や起電力を測定し、圧電性の変化を調査する。
(2)多孔性圧電圧膜を使用した環境発電デバイスの試作としてｍ実際の床発電の使用状況に近い状況で、前年度に構築したデザインを基に改良した試作デバイスの動作を確認する

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

減額された金額をもとに、購入計画を練り直したため少額の誤差を生じた
次年度使用額は5000円弱なのでほぼ予定通りである。