高効率環境発電素子の実現に向けた配向制御アパタイト結晶のエレクトレット化

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本研究は、秩序化された一軸配向ハイドロキシアパタイト（HAp）の結晶格子を利用してエレクトレットを形成できるか、従来法を超える性能を実現できるかを実験的に明らかにすることを目的としている。その背景には、高性能エレクトレットが実現されれば、超小型発電デバイスの基本素子として使用できるため、それを用いてIoT社会における様々なデバイスをバッテリーフリー化したいという構想がある。従来より、HApすなわちCa10(PO4)6(OH)2がエレクトレットとして機能することが報告されているが、それらは多結晶状態のものであり、結晶粒界に生じるイオン伝導で形成された電荷の局在状態により得られるものであった。これに対して、我々が開発した一軸配向の高結晶性HApを用いれば、イオン伝導とは異なる原理で、より強い分極が得られる可能性がある。これを確かめるため、本年はまず、試料に分極処理を施す装置の作製を行った。結晶方位の揃った配向制御HAp膜に対し、熱エネルギーを加えることで結晶中の原子を動きやすくし、それと同時に強電界を加えることにより分極を行い、その状態で室温まで冷却し分極状態を固定することができる構造とした。具体的には、10＾(-5)Paの桁まで排気できる真空チャンバ内に、室温から900℃まで昇温可能なヒータと、最大100MV/mの強電界を印加できる電源と試料ホルダを作製した。これに対し、基本的な動作試験を行い、問題なく機能することを確認した状況である。