Triboelectric generation of ferroelectric films

铁电薄膜的摩擦起电

• 批准号: 21K18715
• 负责人: 田口 大
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K18715/
• 关键词: 電子・電気材料; 摩擦発電; 緩和時間; 永久双極子; 自発分極; 強誘電体; 抗電界; 内部電界; 誘電体物性; 反強誘電体; マックスウェル変位電流; 相転移

強誘電体は自発分極により電気の素「正負の電荷」を引き付けます。力を加えて自発分極の大きさを変えたときの変位電流が、新しい発電源として追及されています。一方で、電流の流れ方は変位電流と導電電流があり、導電電流による発電源としての強誘電体もあり得ます。本研究は、強誘電体の摩擦発電により導電電流として電力を取り出す過程を、電気電子材料物性の観点から明確化することを目指しています。摩擦発電も電力源として利用することで、強誘電体に蓄えられるエネルギーを変位電流と合わせて２倍取り出すことを目指しています。研究計画２年目の本年度は、下記の通り研究を進めました。実験は主にP(VDF-TrFE)（VDF:TrFE, 70:30 mol%）膜について進めています。１．作製：分極形成処理を行うため、初年度は蒸着金属膜等を利用しました。しかし、分極形成後に強誘電体膜表面を摩擦する妨げとなり、分極処理と変位電流測定を同時測定して分極形成の確認を行うことも困難でした。本年度、導電性ゴムを電極として、分極処理と同時に変位電流測定で分極状態を確認して摩擦発電の実験ができるようになりました。２．発電モデル：私たちの研究グループでは摩擦発電のモデルとして分極エネルギーを電気的仕事として取り出す世界初のコンセプトを報告しました（APL,2021）。強誘電体膜の摩擦発電をこのモデルで検討し、報告しました。I-V測定で評価した発電特性を強誘電体の誘電物性値（分極量、脱分極緩和時間、静電容量）と結び付けて説明できます。３．評価：光学的測定（SHG）による電荷変位と双極子配向の分離評価波長の決定に引き続き取り組んでいます。以上の成果をまとめ、国内学会・国際学会及び雑誌論文出版により公表しました。引き続き発電特性の向上を目指し、強誘電体の発電特性の鍵となる材料物性の違いを実験および理論の両面から明確化していきます。

The strong inducer <s:1> self-generates polarized によ <s:1> electric charge, and the "positive and negative positive charged" of the electron を leads to <s:1> pair けます. を え / て since 発 points very の き さ を - え た と き の - a current が, new し い 発 power と し て chase and さ れ て い ま す. One party で, current flow の れ party は - a current と conductive current が あ り, conductive current に よ る 発 power と し て の strong electricity body も lure あ り must ま す. This study は, strong friction induced electricity body の 発 electric に よ り conductive current と し て power を take り を す process, electric 気 electronic material property の 観 point か ら explicit す る こ と を refers し て い ま す. Friction 発 も power source と し て using す る こ と で, strong electricity body に え storage lure ら れ る エ ネ ル ギ ー を と close - a current わ せ て 2 times take り out す こ と を refers し て い ま す. The research plan for the second year is as follows: for this year, the following is recorded: を for the research on を to めま た た. Be 験 は main に P (VDF - TrFE) (VDF: TrFE, 70:30 mol %) membrane に つ い て in め て い ま す. 1. Production: Polarization formation treatment を row うため, initial annual <s:1> evaporation of metal film, etc. を utilization of <s:1> ま た た. し か し, extremely strong に induced electricity body after the formation of the membrane surface friction を す る hinder げ と な り, points very 処 と - a current measurement を simultaneous determination し て line polarization form の confirm を う こ と も difficult で し た. This year, the electrical conductivity ゴ ム を electrode と し て と to 処 adjustment at the same time, points に で points very - a current measurement を confirm し て friction 発 electric の be 験 が で き る よ う に な り ま し た. 2 発 electric モ デ ル : private た ち の research グ ル ー プ で は friction 発 electric の モ デ ル と し て points very エ ネ ル ギ ー を electric 気 shi matter と し て take り out early す world の コ ン セ プ ト を report し ま し た (APL, 2021). Strong inductor membrane <s:1> frictional electricity generation を モデ モデ で検 で検 で検 で検 seek <s:1>, report <s:1> ま た た た I - V determination で review 価 し た 発 electrical characteristics を strong electricity body の lure electric lure numerical properties (Polaris, take off a moderate time, electrostatic capacity) と knot び pay け て illustrate で き ま す. 3 Review 価 : optical measurement (SHG) に よ る charge - a と dipole distribution to review 価 の separation wavelength の decided に lead き 続 き group take り ん で い ま す. The above <s:1> achievements をまとめ, domestic and international academic societies and び雑 journal papers are published によ によ public table ま た た. Lead き 続 き 発 electrical characteristics の upward を refers し, strong electricity body の lure 発 electrical characteristics の key と な る material property の violations い を be 験 お よ び theory の struck surface か ら explicit し て い き ま す.

项目成果

分極エネルギーによる摩擦発電の等価回路モデルとI-V測定による等価回路評価システムの構築

利用极化能构建摩擦发电等效电路模型以及利用 I-V 测量的等效电路评估系统

• 发表时间: 2022
• 作者: Yuki Okada;Dai Taguchi;Takaaki Manaka;田口大，間中孝彰，岩本光正;永渕晶大，田口大，間中孝彰， 岩本光正
• 通讯作者: 永渕晶大，田口大，間中孝彰， 岩本光正

I-V measurement system for evaluating triboelectric generators as a dipolar polarization power source

用于评估作为偶极极化电源的摩擦发电机的 I-V 测量系统

• 发表时间: 2022
• 作者: Akihiro Nagafuchi;Dai Taguchi;Takaaki Manaka;Mitsumasa Iwamoto
• 通讯作者: Mitsumasa Iwamoto

Activating dipolar-energy-based triboelectric power generation using pyromellitic dianhydride-4,4’-oxydianiline polyimide at elevated temperature

高温下使用均苯四酸二酐-4,4-二苯胺聚酰亚胺激活基于偶极能的摩擦发电

• 发表时间: 2022
• 作者: Dai Taguchi;Takaaki Manaka;Mitsumasa Iwamoto
• 通讯作者: Mitsumasa Iwamoto

poly(vinylidene fluoride-trifluoro ethylene) (70:30)スピンコート膜の摩擦発電の測定：電流源の温度依存性

聚偏二氟乙烯-三氟乙烯（70:30）旋涂膜摩擦发电的测量：电流源的温度依赖性

• 发表时间: 2022
• 作者: Yuki Okada;Dai Taguchi;Takaaki Manaka;田口大，間中孝彰，岩本光正
• 通讯作者: 田口大，間中孝彰，岩本光正

Activating Dipolar-Energy-Based Triboelectric Power Generation Using Pyromellitic Dianhydride-4,4&apos;-Oxydianiline Polyimide at Elevated Temperature

使用均苯四甲酸二酐-4,4 激活基于偶极能量的摩擦发电

• DOI: 10.1587/transele.2022omp0003
• 发表时间: 2023
• 期刊: IEICE Transactions on Electronics
• 影响因子: 0.5
• 作者: TAGUCHI Dai;MANAKA Takaaki;IWAMOTO Mitsumasa
• 通讯作者: IWAMOTO Mitsumasa