| 研究課題/領域番号 |
26870728
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| 研究機関 | 関西大学 |
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研究代表者 |
鈴木 昌人 関西大学, システム理工学部, 准教授 (70467786)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | マイクロマシン／MEMS / エレクトレット / エナジーハーヴェスティング / 振動発電 / 微細構造作成 / 表面化学 |
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| 研究実績の概要 |
本年度も引き続きエレクトレットの高性能化とそれを用いた小型振動発電装置の開発を実施した。具体的には、エレクトレットの表面にマイクロメートル級の微小な凹凸を形成することにより、エレクトレット自身の静電引力により振動発電装置の可動電極が貼り付く「スティクション」と呼ばれる現象を抑制する効果について評価を行った。
本研究ではエレクトレット材料としてフッ素樹脂の一種であるCYTOPを用いた。また、微小な凹凸の作製法として、フォトリソグラフィ法によりパターニングした感光性樹脂をマスクとした酸素プラズマエッチングを利用した。
研究の結果、微小な凹凸の形成には、貼り付き防止効果だけではなく、エレクトレットの電荷保持能力を向上させる効果もあることが判明した。これらの効果は両方とも振動発電装置に組み込む際に有利に作用する。また、凸部の寸法を小さくし、より多数の突起を配列することで、上記の効果を増大させることが可能であることが判明した。
また、各突起実際に小型発電装置に微小凹凸を有するエレクトレットを組み込み、その発電量を評価した。この結果、上記の発電装置は、凹凸を有さないエレクトレットを組み込んだ発電装置（以下コントロール試料と呼称）と比較して、最大で2.5倍の発電量を発生可能であることが判明した。また、コントロール試料の場合では貼り付き現象により発電効果が得られないような微小（すなわち低加速度の）振動でも、微小凹凸を有するエレクトレットを組み込んだ発電装置では電力に変換可能であることが分かった。
以上の結果より、振動発電装置への組み込むエレクトレットの表面に凹凸を形成することは、発電効率の向上の観点から極めて有用であると結論付けられる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
当初の計画で目標としていた多孔質SiO2を用いたエレクトレットの高性能化およびその振動発電への応用については、H26年度までにほぼ完成した。
このため、H27年度およびH28年度においては、エレクトレットを更に高性能化させるための新たな手法の開発を実施した。結果、H27 年度ではフッ素樹脂とナノ粒子の混合により、またH28年度ではエレクトレット表面への微細な凹凸の形成により、それぞれエレクレットの性能を向上させることに成功した。
以上の結果より、本研究は当初の計画以上に進展していると判断できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
前項にて述べたように、本研究においては当初の計画を達成できただけではなく、全く別の手法によりエレクトレットの性能を向上させることにも成功した。しかし、これらの手法は概ね独立しており、現状ではそれらの手法のうちの１つしか適用することができない。そこで、H29年度においては、これらの手法を複合／融合させることによりエレクトレット性能を更に向上させることを目指す。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
申請者はH29年度9月より国外にて1年間の在外研究活動を実施する予定であったが、この計画が変更されたことが影響して、本研究の進捗が遅れた。また、同時期に研究の進行に必要不可欠な装置が故障し、更に研究の進捗が遅れた。このため、申請者は研究機関の延長を申請した。また、上記の研究進捗の遅れにより研究費の使用計画も変更を余儀なくされ、H28年度の研究費執行額が同予算額を下回った結果、次年度使用額が生じた。
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| 次年度使用額の使用計画 |
H29年度の研究費は主に液状試薬を基板上に塗布する装置、および液状試薬に粒子を混合する装置の購入に充てる予定である。これらはエレクトレット材料であるCYTOPに粒子を混合した後、基板上に平滑に塗布するために利用する。残りの予算は各種試薬や基板等の消耗品購入費、および研究成果を公表するための費用（論文掲載料等）に充てる予定である。
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