Improvement of triboelectricf power generator output and study of tribological phenomena in large electricfield

摩擦发电机输出功率的提高及大电场中摩擦现象的研究

• 批准号: 21H01240
• 负责人: 谷 弘詞
• 金额: $ 11.32万
• 依托单位: Kansai University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01240/
• 关键词: 摩擦発電; トライボロジー; DLC; 振動発電; エネルギーハーベスティング

本研究では，申請者が提案する摩擦発電式振動発電技術において，実用的なデバイスの構造を確立し，摩擦発電機として世界最高レベルの発電量を達成することを目標とする．具体的に2022年度は以下の研究を行うことを目標とした．(1)イオン液体含有PVDF樹脂フィルムによる発電出力向上：当初，イオン液体膜を樹脂表面に形成し発電出力向上を目指したが，製造方法の簡便化を図るため，イオン液体を含侵したフィルム製造方法を検討する．2021年度の検討から，イオン液体を数ppmオーダ含侵させることで発電出力が増加することが分かったので，その出力増加メカニズムを明らかにする．(2)ポーラスシリコンゴムフィルムによる発電出力向上：PVDF樹脂やポリイミドフィルムは高価なため，安価な素材としてシリコンゴムでの発電出力向上を目指す．未硬化シリコンゴムに水を混合した後硬化剤を混ぜて，マイクロウェーブ加熱することで水を蒸発させてシリコンゴム発泡フィルムを作成する．この発泡体の変形しやすさと表面積増加の効果を使って発電出力向上を検討する．(3)高電場中における炭化水素膜のトライボロジー現象確認：ダイヤモンドライクカーボン(DLC)膜，ポリエチレン膜など用いて高電界中で摩擦試験を行い，摩擦係数や摩耗に対する電場の効果を確認する．また，摩耗形態を観察することで，電場がトライボロジー特性に与える影響を考察する．上記目標に対して，以下の結果を得た．(1)イオン液体をシリコンゴムに10～20ppm添加することで約2倍の出力向上があることを確認した．このメカニズムとしてシリコンゴム表面の電荷密度が大きくなることを空間電荷密度測定により確認した．(2)イオン液体を添加したシリコンゴム作成時に水を添加・乾燥してポーラスなシリコンゴムを作成するとさらに発電出力が2倍程度向上することを確認した．(3)高電場中でDLC膜を加熱すると炭化水素油が気相中で生成されることを確認した．

Proposed this research で は, applicants が す る friction 発 electric vibration 発 electrical technology に お い て, be used な デ バ イ ス の を established し structure, friction 発 motor と し て the world's highest レ ベ ル の 発 electricity を reached す る こ と を target と す る. The specific 2022 annual に the following <s:1> research を lines う とを とを goals と た た た. (1) イ オ ン liquid containing PVDF resin フ ィ ル ム に よ る 発 electricity output up, at the beginning, イ オ ン に formation on the surface of liquid membrane を resin し 発 electricity output up を refers し た が, manufacturing methods の easy を 図 る た め, イ オ ン liquid を contains invasion し た フ ィ ル ム methods を beg す 検 る. 2021 の 検 please か ら, イ オ ン liquid を several PPM オ ー ダ contain abuse さ せ る こ と で 発 electricity output が raised plus す る こ と が points か っ た の で, そ の output raised plus メ カ ニ ズ ム を Ming ら か に す る. (2) ポ ー ラ ス シ リ コ ン ゴ ム フ ィ ル ム に よ る 発 electricity output upward, PVDF resin や ポ リ イ ミ ド フ ィ ル ム は high 価 な た め, Ann 価 な material と し て シ リ コ ン ゴ ム で の 発 electricity output up を refers す. No hardening シ リ コ ン ゴ ム に mix water を し た after hardening tonic を mixed ぜ て, マ イ ク ロ ウ ェ ー ブ heating す る こ と で water steaming を 発 さ せ て シ リ コ ン ゴ ム 発 bubble フ ィ ル ム を made す る. The <s:1> deformation of the <s:1> bubble body <s:1> やすさと the increase in surface area <s:1> effect を causes the って power generation force to rise を検 and する. (3) in the high electric field に お け る coking water plain film の ト ラ イ ボ ロ ジ ー phenomenon confirmed: ダ イ ヤ モ ン ド ラ イ ク カ ー ボ ン (DLC) film, ポ リ エ チ レ ン membrane な ど with い て で friction in high electricity industry test を い, coefficient of friction や friction consumption に す seaborne の る electric field working fruit を confirm す る. ま た, consumption form を 観 examine す る こ と で, electric field が ト ラ イ ボ ロ ジ ー characteristics に and え る influence を investigation す る. Record the target に against て, and the following <s:1> result を gives た. (1) イ オ ン liquid を シ リ コ ン ゴ ム に 10 to 20 PPM add す る こ と で about 2 times の output up が あ る こ と を confirm し た. <s:1> メカニズムと メカニズムと てシリコ てシリコ ゴム ゴム ゴム surface <s:1> charge density が large ゴム くなる くなる とを とを とを space charge density determination によ た confirm た た. (2) イ オ ン liquid を add し た シ リ コ ン ゴ ム done when に を water, dry し て ポ ー ラ ス な シ リ コ ン ゴ ム を made す る と さ ら に 発 electricity output が double degree up す る こ と を confirm し た. (3) In a high electric field, the でDLC film を heats the すると carbonized aqueous oil が. In the が gas phase, で is generated, and される とを とを is confirmed.

项目成果

摺動面の電流制御によるポリフェニルエーテルのトライボロジー特性の評価

通过控制滑动表面电流评价聚苯醚的摩擦学性能

• 发表时间: 2022
• 作者: Ruiyao Zhu;Juan F. Torres;Sebastien Livi;Yuki Kanda1 and Atsuki Komiya;荒木謙吾，玉井莞爾，巽和也，栗山怜子，中部主敬;紺谷和史，呂仁国，川田将平，谷弘詞，小金沢新治，多川則男
• 通讯作者: 紺谷和史，呂仁国，川田将平，谷弘詞，小金沢新治，多川則男

電場における油性剤分子挙動のその場観察

电场中油剂分子行为的原位观察

• 发表时间: 2023
• 作者: Tabe Yutaka;Wakatake Naoyuki;Ishima Yuta;Chikahisa Takemi;陳誠，紺谷和史，呂仁国，川田将平，谷弘詞，小金沢新治
• 通讯作者: 陳誠，紺谷和史，呂仁国，川田将平，谷弘詞，小金沢新治

橋梁の健全性診断のための自立型振動センサの改良設計

桥梁健康诊断独立式振动传感器改进设计

• 发表时间: 2022
• 作者: 畑中雅也;小金沢新治;谷弘詞;呂仁国;川田将平
• 通讯作者: 川田将平

摩擦発電マットを用いた入退室判別システムの開発

开发使用摩擦垫的进出判别系统

• 发表时间: 2023
• 作者: 川上 凌;谷 弘詞;小金沢 新治;呂 仁国;川田 将平;黒木崇史;中尾 凌;南山 偉明
• 通讯作者: 南山 偉明

EFFECT OF ELECTRIC CURRENT ON FRICTION BEHAVIOR OF LUBRICANT MOLECULES

电流对润滑剂分子摩擦行为的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: Renguo Lu;Kazufumi Kontani;Hiroshi Tani;Shohei Kawada;Shinji Koganezawa,Norio Tagawa
• 通讯作者: Shinji Koganezawa,Norio Tagawa