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2016 年度 実施状況報告書

熱と振動を利用して発電する低コスト・大面積フレキシブルコジェネレータの開発

研究課題

研究課題/領域番号 16K13717
研究機関静岡大学

研究代表者

池田 浩也  静岡大学, 電子工学研究所, 准教授 (00262882)

研究分担者 早川 泰弘  静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (00115453)
下村 勝  静岡大学, 工学部, 教授 (20292279)
村上 健司  静岡大学, 工学部, 教授 (30182091)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワードフレキシブル熱電変換材料 / 圧電素子 / コジェネレータ
研究実績の概要

本研究は,振動と熱から同時に電力を取り出すための発電素子(コジェネレータ)の開発を目指している.本年度得られた主な成果を以下に示す.
1.フレキシブル材料の面内方向および膜厚方向のゼーベック係数を測定するための装置をそれぞれ自作した.Cu板およびPb板に対して測定を行い,報告値に近い値が得られたことから,本装置による測定の妥当性を確認した.炭素布の面内方向のゼーベック係数を測定したところ,S=5μV/Kであった.また膜厚方向のゼーベック係数については,電極で試料を押す力や試料を重ねた枚数などに対する依存性を調べることにより,今後の測定条件について確認した.
2.フレキシブル熱電変換材料として,低コストかつ大面積に形成可能な熱水法により,ZnOナノ構造を炭素布上に成長させ,その熱電特性を調べた.今回得られたZnOはナノピラーおよびナノシート構造であり,ZnOナノ構造で覆われることにより炭素布材料の紫外線遮断特性が大幅に向上することを見出した.ZnO/炭素布試料の面内方向のゼーベック係数はS=5μV/Kであり,炭素布単体の値とほぼ同じであった.この結果は,今回成長したZnOナノ構造がほとんど熱起電力に寄与していないことを示している.
3.圧電素子/熱電変換素子ハイブリッド構造における整流作用を測定するための装置を自作した.市販の圧電素子をSi基板に貼り付けた試料に対して,モーター駆動で圧電素子を振動させながら,Si基板に温度差を与えたときの熱起電力の変化を測定した.温度差を大きくするに従って,得られる熱起電力の絶対値が小さくなることがわかった.現在,この結果についての解析を進めている.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

フレキシブル熱電材料および圧電材料の熱伝導率測定が進んでいないためである.これは,熱電対の構造や,再現性よく測定するための装置設計など,ゼーベック係数測定装置の作製・測定条件確認に時間を要した結果,この装置を熱伝導率測定へアレンジできなかったことに起因する.

今後の研究の推進方策

交流電源を準備して熱伝導率を測定できるように装置の改良を行い,フレキシブル熱電材料ならびに圧電材料の熱伝導率について測定を開始する.
圧電素子にn型とp型のSi基板を対にして取り付け,両端に生じる熱起電力と電流を測定する.さらに圧電素子に加振したときの熱起電力・電流を測定して,整流作用を実証する.

備考

静岡大学電子工学研究所池田研究室ホームページ
http://nanote.eng.shizuoka.ac.jp/~ikedalab/index.html

  • 研究成果

    (17件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 3件、 査読あり 2件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 7件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] SRM大学/インド技術研究所(インド)

    • 国名
      インド
    • 外国機関名
      SRM大学/インド技術研究所
  • [国際共同研究] マラヤ大学(マレーシア)

    • 国名
      マレーシア
    • 外国機関名
      マラヤ大学
  • [雑誌論文] Morphology dependent thermal conductivity of ZnO nanostructures prepared via a green approach2017

    • 著者名/発表者名
      P. Veluswamy, S. Sathiyamoorthy, K.H. Chowdary, O. Muthusamy, K. Krishnamoorthy, T. Takeuchi, H. Ikeda
    • 雑誌名

      Journal of Alloys and Compounds

      巻: 695 ページ: 888-894

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.10.196

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Hydrothermal growth of reduced graphene oxide on cotton fabric for enhanced ultraviolet protection applications2017

    • 著者名/発表者名
      V. Pandiyarasan, J. Archana, A. Pavithra, V. Ashwin, M. Navaneethan, Y. Hayakawa, H. Ikeda
    • 雑誌名

      Materials Letters

      巻: 188 ページ: 123-126

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.matlet.2016.11.047

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Incorporation of ZnO and their composite nanostructured material into a cotton fabric platform for wearable device applications2017

    • 著者名/発表者名
      P. Veluswamy, S. Suhasini, F. Khan, A. Ghosh, M. Abhijit, Y. Hayakawa, H. Ikeda
    • 雑誌名

      Carbohydrate Polymers

      巻: 157 ページ: 1801-1808

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2016.11.065

    • 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] ウェアラブル発電デバイスのためのナノ結晶フレキシブル材料の熱電特性2017

    • 著者名/発表者名
      池田浩也,ファイザン・カーン,ベルスワミィ・パンディヤラサン,坂本翔太,マニ・ナヴァニーザン,下村勝,村上健司,早川泰弘
    • 雑誌名

      信学技報

      巻: ED2016-140, SDM2016-157 ページ: 57-60

    • 謝辞記載あり
  • [学会発表] ウェアラブル発電デバイスのためのナノ結晶フレキシブル材料の熱電特性2017

    • 著者名/発表者名
      池田浩也,ファイザン・カーン,ベルスワミィ・パンディヤラサン,坂本翔太,マニ・ナヴァニーザン,下村勝,村上健司,早川泰弘
    • 学会等名
      電子情報通信学会ED研・SDM研合同2月研究会
    • 発表場所
      北海道大学(北海道札幌市)
    • 年月日
      2017-02-24 – 2017-02-24
  • [学会発表] ZnOナノ結晶/綿布フレキシブル熱電材料の熱拡散率測定2016

    • 著者名/発表者名
      和波雅也,太田裕也,坂本翔太,鈴木悠平,ベルスワミィ・パンディヤラサン,ファイズ・サレ,マニ・ナヴァニーザン,下村勝,村上健司,池田浩也
    • 学会等名
      2016真空・表面科学合同講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場(愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2016-11-29 – 2016-12-01
  • [学会発表] Incorporation of polyaniline on graphene-related materials/cotton-fabric by interfacial polymerization pathway for wearable device2016

    • 著者名/発表者名
      V. Pandiyarasan, F. Salleh, H. Ikeda
    • 学会等名
      18th Takayanagi Memorial Symposium
    • 発表場所
      静岡大学(静岡県浜松市)
    • 年月日
      2016-11-15 – 2016-11-16
    • 国際学会
  • [学会発表] ウェアラブル発電用ZnOナノ構造/綿布材料の熱電特性2016

    • 著者名/発表者名
      池田浩也,和波雅也,太田裕也,坂本翔太,鈴木悠平,ベルスワミィ・パンディヤラサン,ファイズ・サレ,マニ・ナヴァニーザン,下村勝,村上健司
    • 学会等名
      熱工学コンファレンス2016
    • 発表場所
      愛媛大学(愛媛県松山市)
    • 年月日
      2016-10-22 – 2016-10-23
  • [学会発表] Thermal Studies of ZnO nanostructures on Eco-friendly Cotton Fabrics for Flexible Thermoelectric Generators2016

    • 著者名/発表者名
      M. Wanami, S. Shanthi, Y. Ota, Y. Suzuki, V. Pandiyarasan, F. Salleh, M. Navaneethan, M. Shimomura, K. Murakami, H. Ikeda
    • 学会等名
      15th International Conference on Global Research and Education (InterAcademia 2016)
    • 発表場所
      ワルシャワ工科大学(Poland, Warsaw)
    • 年月日
      2016-09-26 – 2016-09-28
    • 国際学会
  • [学会発表] Single step growth of ZnO nanostructures on charbon fabric by hydrothermal method for thermoelectric applications2016

    • 著者名/発表者名
      V. Pandiyarasan, J. Archana, M. Navaneethan, Y. Hayakawa, H. Ikeda
    • 学会等名
      15th International Conference on Global Research and Education (InterAcademia 2016)
    • 発表場所
      ワルシャワ工科大学(Poland, Warsaw)
    • 年月日
      2016-09-26 – 2016-09-28
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigation of thermal conductivity properties of ZnO nanostructures coated fabric for wearable thermoelectric applications2016

    • 著者名/発表者名
      M. Navaneethan, H. Ikeda
    • 学会等名
      Asian Consortium on Computational Materials Science Therme Meeting on First Principles Analysis & Experiment: Role in Energy Research
    • 発表場所
      SRM大学(India, Chennai)
    • 年月日
      2016-09-22 – 2016-09-24
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Thermal diffusivity of flexible material with ZnO nanostructures2016

    • 著者名/発表者名
      H. Ikeda, M. Wanami, Yuya Ota, S. Shanthi, Y. Suzuki, V. Pandiyarasan, F. Salleh, M. Navaneethan, M. Shimomura, K. Murakami
    • 学会等名
      14th European Conference on Thermoelectrics
    • 発表場所
      テークニコ高等学校(Portugal, Lisbon)
    • 年月日
      2016-09-20 – 2016-09-23
    • 国際学会
  • [学会発表] Thermoelectric Characteristics of Flexible Material with ZnO Nanostructures for Wearable Power Generator2016

    • 著者名/発表者名
      M. Wanami, Y. Ota, S. Shanthi, Y. Suzuki, V. Pandiyarasan, F. Salleh, M. Navaneethan, M. Shimomura, K. Murakami, H. Ikeda
    • 学会等名
      2016 International Conference on Flexible and Printed Electronics
    • 発表場所
      山形大学(山形県米沢市)
    • 年月日
      2016-09-06 – 2016-09-08
    • 国際学会
  • [学会発表] Solvothermal growth of monodispersed ZnO nanostructures on carbon fabric for flexible thermoelectric applications2016

    • 著者名/発表者名
      V. Pandiyarasan, J. Archana, M. Navaneethan, Y. Hayakawa, H. Ikeda
    • 学会等名
      2016 International Conference on Flexible and Printed Electronics
    • 発表場所
      山形大学(山形県米沢市)
    • 年月日
      2016-09-06 – 2016-09-08
    • 国際学会
  • [学会発表] ZnOナノ構造を用いたフレキシブル材料の熱電特性評価2016

    • 著者名/発表者名
      和波雅也,セルバラジ・シャンティ,鈴木悠平,ベルスワミィ・パンディヤラサン,ファイズ・サレ,下村勝,村上健司,池田浩也
    • 学会等名
      電子情報通信学会ED研・CPM研・SDM研合同5月研究会
    • 発表場所
      静岡大学(静岡県浜松市)
    • 年月日
      2016-05-19 – 2016-05-20

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公開日: 2018-01-16  

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