Development of energy harvesting method under water using superhydrophobic surface

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本研究では、超撥水性を呈する固体表面に、異種の微小金属を形成し、それを水中に浸漬させることにより、超撥水性表面には均一な空気層が形成して、空気層と水の両方に跨る空気層側の異種金属間で微弱な発電を実現し、導電性を有する液体に係わる環境下でのエネルギー自律型ウェアラブルデバイス作製に資することを目的としている。2022年度は、まず異種の金属（AlとCu）が形成された超撥水性シリコーンゴムチップを、濃度3 wt%のNaCl水溶液に浸漬し、超撥水性領域に形成する空気層内で発生する電圧を測定した。その結果、0.5～0.9 Vの電圧発生が安定的に認められた。この得られた電圧の値は、Alの標準電極電位と、Cu電極面で起こるH2Oの還元反応における標準電極電位との差に一致していることが確認できた。また異種金属の位置を変化させ高い起電力が得られる条件の有無について調べた。加えて異種微小導電膜として炭素薄膜との組み合わせも検討した。上記結果から、得られた微小電力を同一空気層内で同時に蓄電できるマイクロ構造の必要性を認識した。そこで、シリコーンゴム表面に形成する微細隆起構造の先端部に、シリコーンから成る新たなマイクロカプセルアレイ構造の形成を研究項目を加えた。具体的には、厚さ2 mmのシリコーンゴム表面に、直径2.5ミクロンのシリカガラス製微小球を単層に整列させ、その試料にArFエキシマレーザーを、単一パルスのフルエンス35～45 mJ/cm2、パルス繰り返し周波数1 Hz、パルス数1800で照射した。レーザー照射後、シリカ微小球を除去するためHF水溶液を用いて化学エッチングを行う際、最適な実験条件を見出すことで、球状の中空マイクロカプセル構造を周期的に形成することに成功した。なお、超撥水性シリコーンゴムチップの積層化のための基礎的実験は、上記マイクロ蓄電構造を実現した後に行うこととした。