| 研究課題/領域番号 |
21H01271
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分20010:機械力学およびメカトロニクス関連
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
年吉 洋 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (50282603)
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| 研究分担者 |
橋口 原 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (70314903)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)
2023年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2022年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2021年度: 13,000千円 (直接経費: 10,000千円、間接経費: 3,000千円)
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| キーワード | MEMS / 振動発電 / エナジーハーベスタ / エレクトレット |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は、IoT無線センサ等の自立電源として有力視されているMEMS型環境振動発電の効率と信頼性を高める研究として、発電機能材料であるシリコン酸化膜由来のエレクトレット (永久電荷膜)の電荷密度が経時変化するメカニズムを分子動力学的手法で解明する。また、特性劣化を抑制する手段として、エレクトレット材料の表面保護膜による還元性ガス拡散 の防止や、エレクトレット膜中へのバリア層挿入によるシリコン基板側からのキャリア侵入抑制などの対策を施し、その効果を検証する。さらに、これらの知見と対策を活用して、65°Cで－1dB劣化までの時間が10年以上の高信頼性エレクトレット振動発電素子を実証する。
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| 研究成果の概要 |
本研究はＩｏＴ無線センサ等の自立電源として有力視されているＭＥＭＳ型環境振動発電の効率と信頼性を高める研究として、①発電機能材料であるシリコン酸化膜由来のエレクトレット（永久電荷膜）の電荷密度が経時変化するメカニズムを分子動力学的手法で解析した。また、②特性劣化を抑制する手段として、エレクトレット材料の表面保護膜による還元性ガス拡散の防止や、エレクトレット膜中へのバリア層挿入によるシリコン基板側からのキャリア侵入抑制などの対策を施し、その効果を検証した。さらに、これらの知見と対策を活用して、③高信頼性エレクトレット振動発電素子を実証した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
ＩｏＴ無線センサは、生産活動や商業活動のエビデンスベース意思決定に必要なデータを取得する技術として期待されており、クラウドコンピューティングの発達に支援されて多方面の分野で利用が進みつつある。しかしながら、その電源には従来の電池を使用することが多く、大量のセンサを必要とする次世代ＩｏＴではその電池交換のコストが問題視されている。これを解決する手段として、高信頼性のエナジーハーベスタが必要であり、本研究は振動発電型エナジーハーベスタの基盤材料であるエレクトレットの信頼性を高める基礎技術を研究開発した。
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