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

取向控制磷灰石晶体的驻极体化，用于实现高效能量收集装置

基本信息

批准号：
22K04692
负责人：
楠正暢
金额：
$ 2.41万
依托单位：
Kindai 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-22K04692/
关键词：
エレクトレットハイドロキシアパタイト一軸配向配向制御

项目摘要

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。

本研究的目的是通过实验阐明是否可以利用单轴取向羟基磷灰石（HAp）的有序晶格形成驻极体，以及是否可以实现超越传统方法的性能。其背后的想法是，如果高性能驻极体得以实现，它们可以作为超紧凑发电设备的基本元件，并且想法是利用它们使物联网社会中的各种设备实现无电池化。据报道，HAp，Ca10(PO4)6(OH)2，起到驻极体的作用，但它处于多晶状态，在晶界处离子传导形成的电荷是通过局域状态获得的。另一方面，如果我们使用我们开发的高结晶单轴取向HAp，则可以基于与离子传导不同的原理获得更强的极化。为了证实这一点，今年我们首先制造了一种对样品进行偏振的装置。对晶体取向均匀的取向控制HAp薄膜施加热能，使晶体中的原子更加活动，同时施加强电场使薄膜极化，然后冷却至室温以固定薄膜。它具有允许的结构。具体来说，我们创造了一个可以将温度从室温升高到900℃的加热器，一个可以施加高达100MV/m强电场的电源，以及一个可以抽真空到真空室中的样品架。 10^(-5)Pa 做到了。对此，我们进行了基本的操作测试，并确认其功能没有任何问题。