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．

This study aims to establish the structure of the friction transmission vibration transmission technology proposed by the applicant and achieve the highest transmission capacity in the world. Specific research for 2022 (1)The liquid contains PVDF resin, and the discharge force is upward: At the beginning, the liquid film formed on the resin surface and the electric transmission force increased. The production method was simplified. The liquid film was immersed in the resin surface and the electric transmission force increased. The production method was discussed. The 2021 annual review was conducted. (2)The current transmission capacity of PVDF resin is higher than that of PVDF resin, and the current transmission capacity of PVDF resin is higher than that of PVDF resin. Unhardened water is mixed with hardened water and heated to form a mixture. The effect of increasing the surface area of the vesicle due to its shape and shape is discussed. (3)Confirmation of the friction phenomenon of carbonized water film in high electric field: friction coefficient and friction loss of DLC film in high electric field. The influence of the electric field on the friction characteristics was investigated. The above objectives were met. (1)Add 10~20ppm to the liquid and double the output. The charge density of the surface of the film was determined by the space charge density measurement. (2)When the liquid is added, the water is added. When the liquid is dried, the electric power is increased by 2 times. (3)DLC films are heated in high electric fields, and the formation of carbonized water in oil phase 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