強誘電体セラミックスを利用した環境の温度変動からのエナジーハーベスト

2012 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22560671
• 研究機関: 湘南工科大学
• 研究代表者: 眞岩 宏司 湘南工科大学, 工学部, 教授 (50229283)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2013-03-31
• キーワード: エナジーハーベスティング / 強誘電体 / 焦電効果 / PZT / Ba(Zr,Ti）O3 / 非鉛 / PLZT / 電気熱量効果

研究概要

電気熱量効果また物理的にその逆効果である焦電効果に関して研究を行った。これまで、PZT薄膜にリラクサ成分であるPMN-PNNを添加することで薄膜作製条件を変化させることなく、誘電分極の温度変化が大きくなることを示し、薄膜の電気熱量効果を改善させうる見通しを発表した。また、非鉛強誘電体化合物ではBaTiO3セラミックスにZrを加えたBa(Zr,Ti)O3セラミックスで室温付近で比較的大きな分極の温度変化を示すことを観測し、それにより非線型焦電特性を示すことを見出した。温度範囲 25-125˚C 、電界印加0-20kV/cmの条件で58J/L/cycleのエネルギー回収を確認した。これは非鉛の無機強誘電体化合物としては大きな値といえ、材料の選択範囲を広げる結果である。振動エネルギーハーベスティングでは、非鉛強誘電体BaTiO3セラミックスにMnを添加することで、相対変形0.8mm、振動数80 Hzを45秒間与えることにより、圧電効果により、432 μJのエネルギーの回収を確認した。これは非鉛の無機強誘電体化合物としては大きな値といえ、エネルギーハーベスティングに用いる材料の選択範囲を広げる結果である。電気熱量効果に関しても検討している。それらに加え、BaTiO3 、Ba(Zr,Ti)O3セラミックスの特性向上に関してSPS（スパークプラズマ焼結）を適応し、その圧電特性が粒径により制御可能なことを示した。それに加えて、HIP（熱間等方圧加圧法）をBaTiO3セラミックスの特性向上を検討しており、SPSで得られたセラミックスより優れた圧電特性を有することを見出している。

現在までの達成度 (区分)

理由

24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

24年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Electrocaloric and pyroelectric properties of PZT and PMN-PNN-PZT thin films (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Maiwa and S-H. Kim
  • 雑誌名: Ceramics International 巻: 39 ページ: S497-S500
  • DOI: 10.1016/j.ceramint.2012.10.121
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermal and vibrational energy harvesting using PZT- and BT-based ceramics (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Maiwa, Y. Ishizone, and W. Sakamoto
  • 雑誌名: Proceedings of 2012 21st IEEE Int. Symp. on Applications of Ferroelectrics held jointly with 11th IEEE European4030201000 50 100 150 200Thigh (°C)BZTBZT-Mn BST PLZTConference on the Applications of Polar Dielectrics and IEEE PFM, ISAF/ECAPD/PFM 2012 巻: Article Number 6297808
  • DOI: DOI:10.1109/ISAF.2012.6297808
• [雑誌論文] Piezoelectric properties of BaTiO3 ceramics prepared by spark plasma sintering (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Maiwa
  • 雑誌名: Journal of the Australian Ceramic Society 巻: 48 ページ: 59-63
  • 査読あり
• [学会発表] Vibrational energy harvesting using PZT- and BT-based Ceramics (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Maiwa, Y. Ishizone, and W. Sakamoto
  • 学会等名: The 8th Asian Meeting on Ferroelectrics (AMF-8)
  • 発表場所: Pattaya, Thailand
  • 年月日: 20121209-20121214
• [学会発表] Pyroelectric and Electrocaloric properties of PZT- and BaTiO3 -based ceramics (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Maiwa
  • 学会等名: The 8th Asian Meeting on Ferroelectrics (AMF-8)
  • 発表場所: Pattaya, Thailand
  • 年月日: 20121209-20121214
• [学会発表] Thermal and vibrational energy harvesting using PZT- and BT-based ceramics (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Maiwa, Y. Ishizone, and W. Sakamoto
  • 学会等名: 2012 21st IEEE Int. Symp. on Applications of Ferroelectrics (ISAF) Held with 11th ECAPD and 4th PFM ISAF/ECAPD/PFM
  • 発表場所: Aveiro, Portugal
  • 年月日: 20120709-20120713
• [学会発表] Electrocaloric and pyroelectric properties of PZT and PMN-PNN-PZT thin films (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Maiwa and S-H Kim
  • 学会等名: The 8th Asian Meeting on Electroceramics
  • 発表場所: Penang, Malaysia
  • 年月日: 20120701-20120705