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熱を操るタンデム新原理に基づく焦電環境発電材料の研究

研究課題

研究課題/領域番号 17K18984
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
研究分野 材料工学およびその関連分野
研究機関名古屋工業大学

研究代表者

柿本 健一  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40335089)

研究期間 (年度) 2017-06-30 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2018年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2017年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワードエネルギー / 電子・電気材料 / セラミックス / 複合材料 / 焦電効果
研究成果の概要

圧電/焦電セラミック粒子と耐熱高分子マトリックスからなる0-3型複合材料を合成した。一定の応力条件下または歪み条件下で、局所的かつ急激な温度変化によって誘起される異相界面近傍の熱膨張/収縮歪みの差が観測できる装置を製作し、複合材料の機械的変形挙動および歪電挙動を調べた。その結果、熱-電気変換に関して、温度の時間的変化に基づく、瞬間的な焦電二次係数を、一次(熱電直接変換)係数から分離して観測することに成功した。この結果を受けて、焦電一次/二次係数によるタンデム新原理に基づく熱マネージメント材料創製の突破口を見出した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

熱エネルギー変換はすべて「温度差」に注視した考え方および改良に留まっており、本研究では、熱-電気変換に関して革新的かつ全く新しい発想に基づく焦電二次係数に着眼した材料学的研究に挑戦した。複合材料技術の応用によって、新たに焦電二次係数の寄与を見積もることに成功し、廃熱の再生エネルギー化や、熱を逃す高効率な新冷却システムの設計など、熱を操る新奇な熱マネージメント材料の開発に際して、重要な知見を得た。

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2020 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 2件、 査読あり 3件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 3件)

  • [国際共同研究] University of Erlangen-Nuremberg(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Erlangen-Nuremberg(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Univ. Erlangen-Nuremberg(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Behavior of vibration energy harvesters composed of polymer fibers and piezoelectric ceramic particles2020

    • 著者名/発表者名
      Hasegawa R.、Mehnert M.、Mergheim J.、Steinmann P.、Kakimoto K.
    • 雑誌名

      Sensors and Actuators A: Physical

      巻: 303 ページ: 111699-111699

    • DOI

      10.1016/j.sna.2019.111699

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Secondary Pyroelectric Effect and Figure of Merit of Ferroelectric 0?3 Composites2019

    • 著者名/発表者名
      Ando Daisuke、Eichhorn Franziska、Fey Tobias、Kakimoto Ken‐ichi
    • 雑誌名

      Advanced Engineering Materials

      巻: 21 号: 6 ページ: 1900241-1900241

    • DOI

      10.1002/adem.201900241

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Pyroelectric energy harvesting using low-TC (1-x)(Ba0.7Ca0.3)TiO3-xBa(Zr0.2Ti0.8)O3 bulk ceramics2018

    • 著者名/発表者名
      Ando Daisuke、Kakimoto Ken-ichi
    • 雑誌名

      Journal of the American Ceramic Society

      巻: 101 号: 11 ページ: 5061-5070

    • DOI

      10.1111/jace.15746

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 配向したファイバー用いた振動発電素子の作製と評価2019

    • 著者名/発表者名
      長谷川椋平、柿本健一、M. Mewnert、J. Mergheim、P. Steinamnn
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2019年年会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Flexible fiber composite for simultaneously harvesting thermal and vibration energies2019

    • 著者名/発表者名
      R. Yamamoto, K. Kakimoto
    • 学会等名
      10th U3 Materials Design Forum
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effects of Dispersion State of Ceramic Fillers in Multilayer Ceramic/Polymer Piezoelectric Vibration Energy Harvester2018

    • 著者名/発表者名
      R. Hasegawa, T. Fuchigami, K. Kakimoto
    • 学会等名
      2018 ISAF-FMA-AMF-AMEC-PFM Joint Conference
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 有機無機ハイブリッド振動発電素子の2 相界面における応力伝搬2018

    • 著者名/発表者名
      長谷川椋平、柿本健一、M. Mehnert、P. Steinmann
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第31回秋季シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] フレキシブル振動発電素子の材料構造設計とデバイス評価2018

    • 著者名/発表者名
      長谷川椋平、M. Mehnert、J. Mergheim、P. Steinmann
    • 学会等名
      018年度日本セラミックス協会東海支部学術研究発表会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] (Ba,Ca)(Ti,Zr)O3セラミックスの相転移と焦電特性2017

    • 著者名/発表者名
      安東大介、渕上輝顕、柿本健一
    • 学会等名
      第37回エレクトロセラミックス研究討論会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Pyroelectric Behavior of Lead-free (Ba,Ca)(Ti,Zr)O3 based Materials2017

    • 著者名/発表者名
      D. Ando, T. Fuchigami, and K. Kakimoto
    • 学会等名
      JSPM International Conference on Powder and Powder Metallurgy - 60th Aniversary -
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] (Ba,Ca)(Ti,Zr)O3セラミックスの電場アシスト焦電特性2017

    • 著者名/発表者名
      安東大介、渕上輝顕、柿本健一
    • 学会等名
      日本セラミックス協会平成29年度東海支部学術研究発表会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書

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公開日: 2017-07-21   更新日: 2021-02-19  

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