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令和2年10月19日
科学技術振興機構(JST)
静岡大学
名古屋大学
JST 戦略的創造研究推進事業において、静岡大学 工学部の橋口 原 教授と東京大学 生産技術研究所の年吉 洋 教授らの研究グループは名古屋大学 未来材料・システム研究所の白石 賢二 教授、中西 徹 大学院生、長川 健太 研究員、洗平 昌晃 助教らと共同で、振動発電素子において非晶質シリカが負に帯電する微視的な仕組みを世界で初めて解明しました。
充電不要の自立電源を実現する技術として、外界の振動だけで動作する振動発電素子が期待されています。研究グループが以前開発した、非晶質シリカを負に帯電させることで動作するカリウムイオンエレクトレットが振動発電素子として期待されていますが、負に帯電する微視的な仕組みは未解明でした。
研究グループは、非晶質シリカ内にカリウム原子を挿入するとカリウム原子からケイ素原子に電子が供給され、ケイ素原子があたかもリン原子のように振る舞うことを量子力学に基づく計算から発見しました。そして、ケイ素原子は通常の4本ではなく5本の共有結合を酸素原子と形成してSiO5構造となり、この構造が負電荷を蓄積することを明らかにしました。
本成果により、振動発電素子の信頼性向上や長寿命化への設計指針が得られます。充電なしで動作するセンサーなどが身近になる他、モノのインターネット(IoT)の実現にも貢献が期待されます。
本成果は、2020年10月19日(日本時間)に第37回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム(オンライン開催)で発表されます。
本成果は、以下の事業・研究領域・研究課題によって得られました。
研究領域 | 「微小エネルギーを利用した革新的な環境発電技術の創出」 (研究総括:谷口 研二 大阪大学 名誉教授) |
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研究課題名 | 「MEMS振動発電を用いたパーペチュアル・エレクトロニクス」 |
研究代表者 | 年吉 洋(東京大学 生産技術研究所 教授) |
研究期間 | 平成31年4月~令和5年3月 |
JSTはこの領域で、環境に存在する未利用で微小なエネルギーを電気エネルギーに変換(環境発電)する革新的な基盤技術の創出を目指しています。上記研究課題では、回路の動作に必要な電力を自給自足する新たな振動発電素子・システムの実現に挑戦しています。
橋口 原(ハシグチ ゲン)
静岡大学 工学部 教授
〒432-8561 静岡県浜松市中区城北5-3-1
Tel:053-478-1004 Fax:053-478-1005
E-mail:hashiguchi.genshizuoka.ac.jp
年吉 洋(トシヨシ ヒロシ)
東京大学 生産技術研究所 教授
〒153-8505 東京都目黒区駒場4−6−1
Tel:03-5452-6276 Fax:03-5452-5136
E-mail:hiroiis.u-tokyo.ac.jp
白石 賢二(シライシ ケンジ)
名古屋大学 未来材料・システム研究所 教授
〒464-8601 愛知県名古屋市千種区不老町
Tel:052-789-3715 Fax:052-789-3715
E-mail:shiraishicse.nagoya-u.ac.jp
嶋林 ゆう子(シマバヤシ ユウコ)
科学技術振興機構 戦略研究推進部 グリーンイノベーショングループ
〒102-0076 東京都千代田区五番町7 K’s五番町
Tel:03-3512-3531 Fax:03-3222-2064
E-mail:crestjst.go.jp
科学技術振興機構 広報課
〒102-8666 東京都千代田区四番町5番地3
Tel:03-5214-8404 Fax:03-5214-8432
E-mail:jstkohojst.go.jp
静岡大学 広報室
〒422-8529 静岡県静岡市駿河区大谷836
Tel:054-238-5179 Fax:054-237-0089
E-mail:koho_alladb.shizuoka.ac.jp
名古屋大学 管理部 総務課 広報室
〒464-8601 愛知県名古屋市千種区不老町
Tel:052-789-3058 Fax:052-789-2019
E-mail:nu_researchadm.nagoya-u.ac.jp
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