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Development of energy harvesting method under water using superhydrophobic surface

利用超疏水表面开发水下能量收集方法

基本信息

批准号：
21K04732
负责人：
大越昌幸
金额：
$ 2.66万
依托单位：
防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

In this study, the formation of heterogeneous micro-metals on solid surfaces, the immersion of heterogeneous micro-metals in water, and the formation of homogeneous air layers on super-hydrophobic surfaces were studied. Conductivity is a property of the liquid in the environment, and it is self-regulating. In 2022, the formation of heterogeneous metals (Al and Cu), the formation of ultra-hydrophobic regions, and the formation of ultra-hydrophobic regions in aqueous NaCl solutions with a concentration of 3 wt% were measured. As a result, 0.5~0.9 V voltage generation is stable. The difference between the standard electrode potential and the standard electrode potential of Al and the standard electrode potential of Cu is confirmed. The position of dissimilar metals is changed, and the electric power is increased. The composition of carbon thin films with heterogeneous micro-conductive films is discussed. The above results show that it is necessary to realize the simultaneous storage of small electric power in the same air layer. Research on the formation of fine raised structures on the surface of the rock was added. Specifically, the diameter of the microspheres is 2.5 mm, the thickness is 2 mm, the diameter is 2.5 mm, the diameter is 35~45 mJ/cm2, the frequency is 1 Hz, and the irradiation frequency is 1800. After irradiation, the particles were removed from the HF aqueous solution and the optimum conditions were found for the formation of the spherical hollow structure. The foundation of the multilayer structure of the photovoltaic power generation system is described in detail below.

项目成果

期刊论文数量（29）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Periodic Cylindrical Structure of Micro-Swelling Silicone Rubber Fabricated by ArF Excimer Laser

ArF准分子激光制备微溶胀硅橡胶的周期性柱状结构

DOI：
10.1541/ieejeiss.141.771
发表时间：
2021
期刊：
IEEJ Transactions on Electronics, Information and Systems
影响因子：
0
作者：
坂井優子 ;渡邉貴一;小野努;大越昌幸
通讯作者：
大越昌幸

Fabrication of periodic microcapsule structures on silicone rubber by 193 nm ArF excimer laser

193 nm ArF 准分子激光在硅橡胶上制备周期性微胶囊结构

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
K. Iwasaki;T. Yoshida;M. Okoshi
通讯作者：
M. Okoshi

F2レーザーによるAl2O3薄膜の形成(2)

使用 F2 激光形成 Al2O3 薄膜 (2)

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
渡邉貴一;奥園聡史，吉田剛，大越昌幸
通讯作者：
奥園聡史，吉田剛，大越昌幸

シリコーンゴム表面におけるArFレーザーを用いた光化学的過程による微細隆起構造形成

使用 ArF 激光通过光化学工艺在硅橡胶表面形成精细凸起结构

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Evans Courtney;Morimitsu Yuto;Hisadome Tsubasa;Inomoto Futo;Yoshida Masahiro;Takei Takayuki;吉田剛，岩崎楓，大越昌幸
通讯作者：
吉田剛，岩崎楓，大越昌幸

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