切り紙構造を利用したフレキシブル熱電発電デバイスの開発

利用剪纸结构开发柔性温差发电装置

• 批准号: 22K14198
• 负责人: 寺嶋 真伍
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2027-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14198/
• 关键词: 熱電発電; 切り紙; フレキシブル電子デバイス

8つある研究項目のうち「基板構造の最適化」および「熱電素子形状の最適化」について取り組んだ．具体的には，(1)電気抵抗軽減のため，銅層の厚みを増大させて性能を計測した．さらに，(2)異なる寸法の熱電素子を実装した8種類の巴型熱電発電デバイス（巴型TEG）を作製し，各巴型TEGを立ち上げながら性能計測する実験，および(3)上基板の幅を1mmから13mmまで拡大させながら性能計測する実験を行った．結果として実験(1)では，様々な厚みの銅基板に対して寸法が6×2×1mmの熱電素子を実装した巴型TEGを複数作製し，その電気抵抗を比較した．銅層の厚みが8μmの巴型TEGの電気抵抗は107mΩ/pairであったが，厚みを40 μmまで増大させた場合，60mΩ/pairの電気抵抗となった．また，銅層の厚みを50μm以上に増大させた場合，立ち上げ後の復元力が過大となったため，上限を40μmと定めた．これにより，試作巴型TEGの電気抵抗の43%を削減させることに成功した．実験(2)からは，巴型TEGをフラットな状態から立ち上げていき，熱電素子の片方（低温側）が高温熱源から離れることの効果は非常に大きくなるということが明らかとなった．また，熱電素子のサイズに関しては，熱電素子の幅と厚みを大きくすることは効果が見られなかった一方で，長さを長くすることが大きく貢献することが判明した．実験(3)については，単純に立ち上がった上基板の幅（面積）が大きくなるにつれて発電量が増大するという傾向は示されず，最適値を持つ傾向となった．すなわち，上基板の面積がある値（幅が7mm）を超えて増大した場合は熱電素子内に生じる温度差が小さくなってしまう傾向が見られた．大面積の上基板内にどのような温度分布が生じているのかを解明するため，次年度では数値シミュレーションを用いて上基板の温度分布を明らかにする予定である．

The research project of 8 ある ある うち "substrate structure <s:1> optimization" および "thermoelectric shape <s:1> optimization" に <s:1> て て て て take the んだ group んだ. Specifically, に に, (1) electrical resistance 軽 reduces <s:1> ため, copper layer <s:1> thickness みを increases させて performance を measured by を た. さ ら に, (2) different な る inch method の thermoelectric element child を be loaded し た 8 kinds の bar type thermoelectric 発 electric デ バ イ ス を (the TEG) for し, each type the TEG を stand on ち げ な が ら performance measuring す る be 験, お よ び (3) on the substrate の を picture 1 mm か ら 13 mm ま で company, big さ せ な が ら performance measuring す る be 験 を line っ た. Results と し て be 験 (1) で は, others 々 な thick み の copper substrate に し seaborne て inch method が 6 * 2 * 1 mm の thermoelectric element child を be loaded し た bar type TEG を し, the plural cropping そ の electric 気 resistance を compare し た. Copper layer thick の み が 8 microns の bar type TEG の electric 気 resistance は 107 m Ω / pair で あ っ た が, thick み を 40 microns ま で raised large さ せ た occasions, 60 m Ω / pair の electric 気 resistance と な っ た. の ま た, copper layer thickness み を に raised over 50 microns large さ せ た occasions, stand on ち げ の force to recover after excessive が と な っ た た め, ceiling を 40 microns と set め た. The <s:1> electrical resistance of the bar-type TEG was reduced by 43%を, and the させる とに とに was successfully reduced. Youdaoplaceholder4 Be 験 (2) か ら は, type the TEG を フ ラ ッ ト な state か ら stand on ち げ て い き, thermoelectric element child の piece side (low temperature side) が high temperature heat source か ら from れ る こ と の unseen fruit very large に き は く な る と い う こ と が Ming ら か と な っ た. ま た, thermoelectric element の サ イ ズ に masato し て は, thermoelectric element child の picture と thick み を big き く す る こ と は unseen fruit が see ら れ な か っ で た party, long さ を long く す る こ と が big き く contribution す る こ と が.at し た. Be 験 (3) に つ い て は, 単 pure に stand on ち が っ た on substrate の picture (area) が き く な る に つ れ て 発 electricity が raised large す る と い う tendency は shown さ れ ず, optimal numerical を hold つ tendency と な っ た. す な わ ち, on the base board の area が あ る nt (picture 7 mm) が を super え て raised large し た occasions は thermoelectric element child born inside に じ る が small temperature difference さ く な っ て し ま う tendency が see ら れ た. Within large の on substrate に ど の よ う な temperature distribution が raw じ て い る の か を interpret す る た め, annual で は the numerical シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を with い て on substrate temperature distribution を の ら か に す る designated で あ る.