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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04906/
• 关键词: エナジーハーベスタ; 液滴摩擦発電; 濡れ制御; 帯電材料; 液滴摩擦帯電型発電素子; 摩擦発電

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。

这项研究的目的是：1）水滴行为对DEG表面对设备的影响，以及2）DEG的结构和操作条件，该DEG的运行效率高度高，最终，3）创建比常规DEG更灵活的DEG设备的目的。为了这些目的，在今年为了澄清DEG的运行原理，我们检查了由于水滴滴度的差异，DEG底物倾斜的差异，电极位置的差异以及与水滴液滴位置相对于使用高速摄像机摄影的水滴位置，以及在高速摄像机摄影中，还要对流量销量进行较高的生成特征，从而检查了水滴行为与DEG输出之间的相关性。所获得的结果如下：阐明了液滴滴位位置与电极排列对DEG输出的位置之间的关系的影响。水滴结合运动的差异导致由于水滴液滴液滴角的条件以及DEG上的水滴形状变化而导致的水滴结合运动的差异。据显示，当水滴接触到DEG上的上电极时，增加面积的状况适合获得最大输出，并且当水滴 - PTFE接触面积当水滴接触到DEG上的电极随时间变化时，该区域的时间变化与DEG输出的时间变化之间存在相关性。我们检查了各种电极结构（薄电线电极或箔电极，相对于水滴滑块的方向）对DEG输出的影响。据揭示，当箔电极和垂直排列时，由于电极和PTFE表面之间的润湿性差异，水滴保持了更长的时间，从而导致长期摄入输出。此外，使用使用DEG电路使其看起来像CR电路的等效电路模型，我们估计了存储在带电材料中的电荷电荷的初始量，并确认获得了与带电材料的电荷电荷密度匹配的DEG输出。

项目成果

液滴型摩擦発電機における液滴の挙動の違いが出力変化に及ぼす影響

液滴行为差异对液滴型摩擦发电机输出变化的影响

• 发表时间: 2023
• 作者: 永沼良太;田島大輔;青木裕介
• 通讯作者: 青木裕介

Relationship between water droplet motion and output characteristics in droplet-based electricity generator

• DOI: 10.1080/15421406.2023.2180208
• 发表时间: 2023-02
• 期刊: Molecular Crystals and Liquid Crystals
• 影响因子: 0.7
• 作者: Ryota Naganuma;D. Tajima;Y. Aoki

水滴摩擦帯電型発電機の動作に対する水滴挙動の影響の検証

验证水滴行为对水滴摩擦发电机运行的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: Ryota Naganuma;Daisuke Tajima;Yusuke Aoki;青木裕介
• 通讯作者: 青木裕介