Triboelectric generation of ferroelectric films

点击翻译按钮获取中文摘要

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。