| 研究課題/領域番号 |
21K18715
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分21:電気電子工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
田口 大 東京工業大学, 工学院, 准教授 (00531873)
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| 研究分担者 |
間中 孝彰 東京工業大学, 工学院, 教授 (20323800)
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| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 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 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2021年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
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| キーワード | 摩擦発電 / 双極子脱分極 / 強誘電体 / 双極子緩和時間 / 自由エネルギー / エントロピー / 熱刺激電流 / 電界誘起光第２次高調波発生法 / 緩和時間 / 永久双極子 / 自発分極 / 抗電界 / 内部電界 / 電子・電気材料 / 誘電体物性 / 反強誘電体 / マックスウェル変位電流 / 相転移 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
強誘電体の摩擦発電を実現します。強誘電体は、自発分極により機械的振動で変位電流が流れることから、振動発電として研究が活発化しています。ところで、発電により電流を作り出す方法は変位電流と導電電流の２つがあります。発電源としての強誘電体にも、その発電の方式には変位電流によるものと導電電流によるものがあるはずです。しかし、学術の現状は変位電流による振動発電の研究だけが注目されています。これでは材料の発電能力の半分です。本研究では導電電流による発電を摩擦発電により実現することに挑戦します。これによりエネルギー源として求められる強誘電体物性とは何かという学術的問いに応えることが本研究の目的です。
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| 研究成果の概要 |
強誘電体の摩擦発電について誘電物性の立場から研究した。P(VDF-TrFE)薄膜を分極処理し、出力増大をI―V（直流）測定で確認した。機械・電気エネルギー変換を誘電体の自由エネルギーと等価回路を用いて、圧電発電で分極変化が電流を生じる過程に対して、摩擦発電は分極形成後の脱分極過程で電流を生じる過程としてモデル化した。このモデルに基づいて、熱刺激電流（TSC）で評価した双極子緩和時間で出力電力の温度特性を説明できることを実験から確認した。P(VDF-TrFE)薄膜から外部電圧印加に応答した光第2次高調波発生を確認した。自由エネルギーの寄与ごとの光学評価新手法実現へつなげることが可能である。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究成果の学術的意義は、配向秩序による摩擦発電という新概念を理論的に明確化したことである。接触帯電と静電誘導を利用する摩擦発電が電極変位により機械・電気エネルギー変換を行うのに対して、電極変位なしで力学的に分子配向秩序を形成し、その無秩序化にともなう電流で電気エネルギーに変換する。電界ゼロで分極エネルギーを蓄えて利用可能であり、分極を凍結すれば自己放電がなく超長期にわたり電気エネルギーを保管できる新しい発電源につながる。このモデルから分極を利用する摩擦発電と振動発電は電気エネルギーの取り出し過程が異なることがわかる。２つの発電過程を組み合わせることで電気的仕事を増大できることを示している。
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