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2014 年度 実績報告書

2次電池を有するチタバリ系電子複合材料の性能評価とワイドバンドギャップ化

研究課題

研究課題/領域番号 24560085
研究機関東北大学

研究代表者

成田 史生  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10312604)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワード圧電強度・機能学 / 数値シミュレーション / 材料試験 / 電子複合材料 / 2次電池 / 電場・力学場相互干渉 / スマート材料システム / マイクロ・ナノデバイス
研究実績の概要

本研究は,電子複合材料のワイドバンドギャップ化(高効率・非電力化)を目指し,2次電池を有するチタバリ系電子複合材料の性能に及ぼす材料・構造の影響を数値シミュレーション・実験両面から解明するものである.本年度は,検知・駆動用電極を有するチタン酸バリウム積層カンチレバーを取り上げ,圧電検知・応答及び発電挙動に関する理論的・実験的研究を進めた.また,高性能なチタバリ系電子複合材料を見出すため,圧電挙動に関するフェーズフィールドシミュレーション法(結晶粒径・酸素欠陥考慮)の開発・応用も進めた.得られた成果を要約すると以下の通りである.
1.(a) 検知・駆動用電極を有するチタン酸バリウム(BaTiO3)層と銅(Cu)板からなるBaTiO3/Cu積層カンチレバーを作製し,交流電場による先端たわみ・応力および出力電圧・電力を理論・実験両面から解明・考察した.(b) 検知・駆動用電極を有するチタン酸バリウム積層カンチレバーの曲げ振動による出力電圧・電力を解明・考察した.(c) 検知・駆動用電極を有するチタン酸バリウム積層カンチレバーの繰返し集中荷重による出力電圧・電力を解明・考察した.
2.チタン酸バリウムを取り上げ,微視構造の適切なモデル化を行い,Ginzburg-Landau理論および酸素拡散に基づく結晶粒成長フェーズフィールド解析プログラムを開発・応用して,結晶粒微細化及び酸素欠陥導入による高効率・非電力化について解明・考察した.
3.検知・駆動用電極を有するチタン酸バリウム層と2次電池薄膜からなるチタン酸バリウム積層カンチレバーの圧電検知・応答及び発電・蓄電挙動解明を目指し,基礎的研究を進めた.

  • 研究成果

    (2件)

すべて 2015 2014

すべて 学会発表 (2件)

  • [学会発表] フェーズフィールド法によるチタン酸バリウム多結晶の圧電力学特性評価2015

    • 著者名/発表者名
      成田史生,進藤裕英
    • 学会等名
      日本金属学会2015年春期大会(第156回)
    • 発表場所
      東京大学駒場I地区キャンパス(東京都目黒区)
    • 年月日
      2015-03-18 – 2015-03-20
  • [学会発表] 交流電場下におけるチタン酸バリウムカンチレバーの動的電気力学挙動2014

    • 著者名/発表者名
      成田史生,進藤裕英
    • 学会等名
      第63回理論応用力学講演会
    • 発表場所
      東京工業大学大岡山キャンパス(東京都目黒区)
    • 年月日
      2014-09-26 – 2014-09-28

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公開日: 2016-06-03  

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