特殊形状の圧電体を用いた発電デバイスの開発

使用特殊形状压电材料开发发电装置

• 批准号: 16H04324
• 负责人: 大橋 雄二
• 金额: $ 10.73万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-01 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16H04324/
• 关键词: 振動発電; 圧電単結晶; マイクロ引き下げ法; 電子・電気材料; 結晶成長; 微小共振器

近年、あらゆるものがインターネットにつながるInternet of Things(IoT)関連技術への関心が高まっており、これらを無給電・メンテナンスフリー、かつ無線で情報発信できる自立型のワイヤレスセンサーネットワークへ展開していくために、クリーンな環境エネルギーから電源供給を行なう発電デバイスの開発が注目されている。本研究では、比較的高いエネルギー密度で昼夜問わず発生している低周波振動を用いた発電デバイスを実現するため、低周波振動を効率よく電気エネルギーに変換できる特殊形状を有する３次元構造単結晶の作製技術を構築し、その材料や結晶形状、育成方位、電極配置等を最適化し、より低周波で高効率・小型の発電デバイスを開発することを目的とする。初年度となる平成28年度は、特殊形状としてスプリング形状の場合を取り上げ、単結晶発電素子として最適な圧電材料、結晶方位を探索するために、既存圧電材料定数を用いて有限要素解析によるスプリング振動と発電量の結晶方位依存性を検討した。既存圧電材料の一つである三方晶、点群３２に属するCTGS単結晶の定数を用いた解析で、断面が円形のスプリング構造を有する圧電体振動に対する発電量について結晶方位依存性および各定数寄与度を調べた。結果として、Z軸方向がスプリングの巻き軸に平行になる方位で発電量が最大となること、および定数の中で特に圧電定数e14が発電量の増加への寄与が大きいことを明らかにした。また、単結晶3次元形状制御が可能な結晶育成機構を実現するために、独自結晶育成技術であるマイクロ引き下げ装置に回転軸とX/Yステージの移動機構を導入し、さらにその制御ソフトを構築した。構築した装置・制御ソフトの動作実証として、比較的作製が容易なサファイア単結晶を取り上げてスプリング状結晶の作製を試み、その作製に成功した。

In recent years, the Internet of Things(IoT) related technologies have attracted a lot of attention, such as power supply, wireless information transmission, self-supporting power supply, environmental protection and power supply. In this study, we compared the density of high-frequency crystals, the generation of low-frequency vibrations, the transformation of low-frequency vibrations, the formation of special shapes, the formation of three-dimensional structures, the orientation of growth, and the arrangement of electrodes. Low frequency, high efficiency, small size, low frequency In the early 2000s, the application of finite element analysis to the determination of the number of existing piezoelectric materials was discussed. Existing piezoelectric materials include a triangular crystal, a point group of 32, a CTGS single crystal, a finite element analysis, a cross-section, a finite element structure, and a piezoelectric vibration. The results show that the Z-axis direction is different from the Z-axis direction. The Z-axis direction is different from the Z-axis direction. 3-D crystal shape control system can be used to construct crystal growth mechanism, crystal growth technology, crystal growth device, rotation axis X/Y movement mechanism, crystal growth mechanism and crystal growth mechanism. The construction of the device, the operation of the control system, the comparison of the operation of the system, the selection of the crystal, the test of the operation of the crystal, and the success of the operation