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2018 年度 実施状況報告書

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
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
研究実績の概要

一次供給エネルギーの60%程度が未利用排熱として大気中に捨てられているわが国では、エネルギーのカスケード(縦つなぎ)利用が有効技術とされ、機械的エネルギーを介して電気的エネルギーを得るといった方法で温度ごとに切れ目の無いエネルギー変換を行い、排熱利用の高効率化を実現している。しかし、機械的エネルギーを介した熱利用は300℃の壁を持って終了するため、本研究は、300℃以下で“熱を操る”ことを念頭にしつつ、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材料学的研究に挑戦することを目的としている。一方、車両や電子機器関連分野では、熱を逃す高効率な新冷却システムを渇望しており、この温度域とも一致する。つまり、300℃以下で“熱を操る”ことが強く求められる。そこで、様々な外場環境の変化のうち、例えば温度変化の場合には、その“温度差”ではなく、“温度の時間的変化”に着眼した創エネ材料の研究を行うことを本研究の目的としている。
昨年度は、熱膨張特性が大きく異なる2種以上の焦電/非焦電材料を無拡散状態で0-3型 複合組織化することに成功し、その機械特性および電気特性を評価し、粉末状のセラミックフィラー材の充填濃度と複合材の機会特性との相関を調べた。今年度は、その異種界面で温度変化に対して誘起される熱膨張が観測できる装置を製作した。さらに、セラミックフィラー材の表面構造を改質し、ファイバー状の高分子内部に埋め込んだもの、または表面に接着させただけのもの2種類を作り分ける材料合成技術を獲得し、その機械的変形挙動および歪電挙動(環境発電量)を調べた。ドイツの大学との共同研究にも発展し、マルチスケール有限要素法を取り入れた変形挙動の解析も実施し、これらの成果を取りまとめて論文発表および学会発表を行った。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

年度目的として掲げた瞬間的な特性変化を観測する装置が組み上がり、焦電および歪電効果のタンデム評価ができる体制を整えたため。

今後の研究の推進方策

各種の異種界面をもつ複合材料を合成可能とし、その焦電・歪電からなるタンデム挙動のメカニズム解明と環境発電素子化に取り組む。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件)

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

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      University of Erlangen-Nuremberg
  • [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 ページ: 5061~5070

    • DOI

      doi.org/10.1111/jace.15746

    • 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
  • [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
    • 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
    • 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
  • [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

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公開日: 2019-12-27  

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