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水滴濡れ挙動制御を利用した液滴摩擦帯電型発電機の高効率化に関する研究

利用水滴润湿行为控制提高液滴摩擦发电机效率的研究

基本信息

批准号：
22K04906
负责人：
青木裕介
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Mie University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では、液滴摩擦帯電型発電機（DEG）①DEG表面での水滴挙動のデバイス動作への影響と②高効率動作をするDEGの構造と動作条件の明確化を行い，最終的には③従来型DEGに比べて自由度の高い動作条件を実現するDEGデバイス創生を実現することを目的としている。これら目的に対して、当該年度では、DEGの動作原理の解明のために、上部電極/PTFE/金属板構造のDEGを対象として、水滴落下高さ、DEG基板傾きの違い、水滴落下位置に対する電極位置の違いなどの条件の違いによるDEG上での水滴形状、水滴濡れの違いを高速カメラ撮影により明確化し、かつ、発電特性の時系列データを比較することでDEG上の水滴挙動とDEG出力の相関を検証した。得られた成果は以下のとおりである。水滴落下位置と電極配置位置関係がDEG出力に対する影響を明確化した。水滴落下高さ，基板角度等の条件の違いにより水滴バウンド運動に違いが生じ、DEG上で水滴形状に変化が生じた。DEG上で水滴が上部電極に接触する際の面積を大きくする条件が最大出力を得るのに好適であること、DEG上で水滴が電極に接触している際の水滴―PTFE接触面積が時間的に変化する場合、面積の時間変化とDEG出力の時間変化に相関があることを明らかにできた。各種電極構造（細線電極or箔電極、水滴スライド方向に対して垂直配置or平行配置）がDEG出力に与える影響を検証した。箔電極・垂直配置とすると、電極―PTFE表面の濡れ性の違いにより電極へ水滴がより長時間濡れ状態を保ち、長時間のDEG出力が得られることを明らかとした。さらにDEG回路をCR回路に見立てた等価回路モデルを利用して、帯電材料に蓄えられている初期帯電電荷量を見積り、帯電材料の帯電電荷密度に見合ったDEG出力が得られていることを確認できた。

This study aims at: (1) the influence of droplet motion on DEG surface;(2) the clarification of DEG structure and motion conditions for high efficiency motion; and (3) the realization of DEG generation under high motion conditions for relatively high degrees of freedom of DEG. For this purpose, in this year, the operation principle of DEG is explained, the image of DEG of upper electrode/PTFE/metal plate structure is clarified, the drop height is clarified, the DEG substrate is tilted, the drop position is clarified, the electrode position is violated, the condition is violated, the drop shape on DEG, the drop moisture is violated, and the high speed is clarified. Comparison of time series of transmission characteristics and correlation between droplet motion and DEG output The results are below. The relationship between the falling position of water droplets and the electrode arrangement position has been clarified on the influence of DEG output. Droplet fall height, substrate angle and other conditions are violated. Droplet motion is violated. Droplet shape is changed on DEG. The area of contact between the water droplet and the upper electrode on the DEG is large, and the maximum force is obtained. The area of contact between the water droplet and the PTFE on the DEG is changed with time. The area changes with time, and the DEG force changes with time. Various electrode structures (thin wire electrode or foil electrode, water drop direction, vertical arrangement or parallel arrangement) have been demonstrated to affect DEG output. Foil electrode vertical configuration, electrode PTFE surface moisture and water droplets, long-term moisture state, long-term DEG output. In addition, the DEG circuit is located in the CR circuit, and the circuit is used to store the initial electric charge. The electric charge density of the dielectric material is located in the DEG output.