アルミニウム製水滴発電機の創製

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本年度の研究においては、アルミニウムをベースとして、帯電層と２つの電極からなる三層構造を試作し、この構造体に水滴を滴下した際に生じる接触帯電の電荷移動による発電デバイス「水滴発電機」を開発することを目的とした。ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）表面にアルミニウム電極をマグネトロンスパッタリングおよび物理的に貼り付けた三層構造を試作した。この構造体を傾斜台に設置したのち、上部から水滴を滴下すると、水がPTFE表面を濡れ広がったのち、ただちに凝集して滑落した。この際、水とPTFEとの接触により、それぞれの表面が帯電して電荷の偏りが生じ、この電荷の偏りを２つのアルミニウム電極間で補足することにより、瞬間的な電圧および電流を得ることができた。水滴発電における、水滴滴下角度、滴下高さおよび滴下速度を種々制御すると、100 Vを超える高電圧発電を達成できた。一方、水滴がPTFE表面に濡れ広がらない条件や、強い衝撃によって水滴が砕け散ってしまう場合、水滴滴下速度が速く連続的な水の流れとなる環境では発電はほとんど生じなかった。水滴発電機を発光ダイオード（LED）に接続して水滴を滴下すると、LEDを連続的に発光できることを確認した。さらに、LEDを直列に15個繋げたり、２段階の水滴発電機を設置することによっても、それぞれLEDが連続発光できることを確認した。これらの研究成果により、水滴を用いた高出力水滴発電機を簡単に作製できる知見を得た。