| 研究課題/領域番号 |
21K03945
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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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 | 信州大学 |
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研究代表者 |
辺見 信彦 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (80256669)
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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 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
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| キーワード | フレクソエレクトリック効果 / 圧電効果 / 振動発電 / 複合変形 / 電気分極 / 圧電材料 / チタン酸ジルコン酸鉛 / ねじり振動 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は，フレクソエレクトリック効果と圧電効果とを組み合わせることにより，より高い発電能力と，より高い機能性を有する新しい高性能振動発電素子を開発することをめざす。これまでの研究により，PZTのねじり変形によるフレエレクトリック効果と，微小曲げによるフレクソエレクトリック効果と圧電効果を組み合わせることにより，圧電効果のみあるいはフレクソエレクトリック効果のみを用いた場合に比較して各段に大きな電気分極が発生するという新現象を見出した。この現象を利用することにより，曲げとねじりという２つの振動モードを積極的に利用した，従来にない高出力の振動発電素子を実現する。
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| 研究成果の概要 |
本研究では，圧電効果とフレクソエレクトリック効果を併用して，PZTの角柱素子を発電素子として用い，ねじりと曲げの複合変形による特性を詳細に調査した。ねじりによる発電素子内部のひずみ分布を求めるための厳密解はないため，FEMシミュレーションにより評価した。また複合変形を実現するための装置を製作し実験により基礎特性を調査した。その結果，高効率な振動発電のための発電素子を開発するための知見を明らかにした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
これまで，固体材料のフレクソエレクトリック効果に対する基礎的な研究はあるものの実用レベルでの利用が難しかったが，本研究の成果により，曲げとねじりの複合変形を使用して，圧電効果とフレクソエレクトリック効果を組み合わせることで，高効率な発電素子を実現できる可能性が示され，振動を利用した環境発電の分野に貢献する知見が得られた。IoT分野の発展にもつながるものと考えられる。
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