一般財団法人環境イノベーション情報機構
非鉛・無鉛圧電材料における発電特性向上・圧電評価と振動発電デバイス応用 〜環境発電・エネルギーハーベスティング材料としての特性向上と加工技術〜
★振動発電デバイスへの応用を中心に、圧電特性を向上させる方法、各種非鉛材料に適した評価方法を探る!圧電劣化対策は?
★難しい振動圧電素子の薄膜化・評価方法を確立するためには?最適な圧電素子の形状とは?
【会 場】
東京中央区立産業会館 4F 第2集会室【東京・日本橋】
【日 時】
平成24年3月28日(水) 11:00-16:00
【早期割引価格】
1社2名まで51,450円(税込、テキスト費用を含む)
※3月14日を過ぎると【定価】1社2名まで54,600円(税込、テキスト費用を含む) となります
第1部 非鉛圧電材料における発電特性向上のための新材料設計指針の提案とその実際
【11:00-12:15】
講師:山梨大学大学院 医学工学総合研究部 工学博士 教授 和田 智志 氏
【著作】
アクチュエ-タ研究開発の最前線(エヌ・ティ-・エス・2011)、Next-Generation Actuators Leading Breakthroughs(Springer London・2010)、化学事典(第2版)(森北出版・2009)、無鉛圧電セラミックス・デバイス(養賢堂・ 2008)、Handbook of advanced dielectric piezoelectric and ferroelectric materials: Synthesis, properties and applications(Woodhead Publishing Limited・ 2008)、圧電材料の高性能化と先端応用技術(サイエンス&テクノロジ-・ 2007)など
【受賞】
日本セラミックス協会学術賞(2009)、日本AEM学会著作賞(2008)、米国セラミックス学会フルラス賞(2007)、応用物理学会JJAP貢献賞(2007)、英国鉱物学会PFEIL賞(2005)、日本セラミックス協会電子セラミックス研究奨励賞(1999)、日本セラミックス協会JCerSJ優秀論文賞(1997)、日本MRS学術シンポジウム優秀発表賞(1996)など
【経歴】
1991年 東京工業大学大学院総合理工学研究科博士課程材料科学専攻修了
1991年 工学博士(東京工業大学)取得
1999年〜1999年 東京農工大学工学部助手
1996年〜1997年 文科省在外研究員(ペンシルバニア州立大学)
1999年〜2000年 東京工業大学大学院理工学研究科助手
2000年〜2007年 東京工業大学大学院理工学研究科助教授
2007年〜2008年 山梨大学大学院医学工学総合研究部准教授
2009年〜現在 山梨大学大学院医学工学総合研究部教授
【講演主旨】
振動エネルギーを電気エネルギーに変換する圧電発電には共振状態と非共振状態での応用に大別できるが、本講演では非共振での応用を目指した圧電発電素子とそのための材料設計方針について講演する。まず、種々の材料定数を有する圧電材料を用いて同一形状のユニモルフ型圧電素子を作製しその発電特性を評価した結果、どのような材料定数が発電特性に寄与するのかが明らかとなり、それらを用いたFigure of Merit(FOM)を提案する。次に、このFOMに基づき、発電特性の向上に最適な圧電発電材料とその素子形状について報告するとともに、その設計指針に基づき新規発電材料を開発した結果についても報告する。
【プログラム】
1.背景
1-1 現在の圧電発電における問題点、および他の振動発電素子との比較
1-2 圧電発電材料におけるFOMに関する報告
2.圧電発電素子をその発電特性評価
2-1 変位拡大機構としてのユニモルフ素子
2-2 インピーダンスマッチングのための可変抵抗回路
2-3 実際の発電特性評価法とその測定条件
3.発電特性の評価と解析
3-1 ユニモルフ型素子を用いた発電特性測定
3-2 発電特性の解析と問題点
3-3 圧電発電における新規FOMの提案
4.新規FOMに基づく新材料設計指針
4-1 新規FOMに基づく新材料設計指針の提案
4-2 実際の新材料の開発
4-3 新材料を用いた圧電発電特性評価
4-4 その解析と新提案素子の今後
5. 圧電発電における今後への展望
【質疑応答】
第2部 振動発電素子の高効率化と応用展開
【13:15-14:30】
講師: 大阪府立大学大学院 工学研究科 電子・数物系専攻 電子物理工学分野 吉村 武 氏
【講演主旨】
圧電方式の振動発電素子の試作が多く行われているが,1%を超える発電効率を持つ素子は実現されていない.その理由の一つに代表的圧電材料である鉛系強誘電体や窒化アルミニウムが,発電応用を考慮して開発されてきた材料ではないことが挙げられる.一方で振動発電では圧電体の薄膜化が望まれるが,圧電体薄膜の特性の標準的な評価方法が確立されておらず物質開発も容易ではない.本講演では,振動発電応用の効率向上に向けた物質科学的アプローチを中心に議論する.
【キーワード】
1.非鉛圧電体
2.圧電薄膜評価
3.MEMS
【プログラム】
1.振動発電の紹介
1-1 振動発電の魅力と可能性
1-2 圧電方式の利点・課題
2.圧電MEMS振動発電素子
2-1 圧電体薄膜の特性・セラミックスとの違い
2-2 圧電MEMS振動発電素子モデル
2-3 高効率化
2-4 素子の試作例と動作特性
3.振動発電用圧電体薄膜
3-1 圧電体薄膜の振動発電用特性評価技術
3-2 高効率化に向けた振動発電用圧電体薄膜の提案
3-3 ビスマス系強誘電体薄膜の圧電特性
3-4 さらなる特性向上に向けて(薄膜におけるドメインエンジニアリングなど)
4. 今後の展望とまとめ
【質疑応答】
第3部 振動発電用環境フレンドリー高性能無鉛圧電体薄膜の開発
※ 本講は総勢4名様で交代でのご講演になります。ご了承ください。
【14:45-16:00】
講師: 独立行政法人物質・材料研究機構 環境・エネルギー材料部門 光・電子材料ユニット 機能相関材料グループ グループリーダー 木村 秀夫 氏
講師: 東京工業大学大学院 理工学研究科 材料工学 専攻 助教 武田 博明 氏
講師: 湘南工科大学 工学部 人間環境学科 教授 眞岩 宏司 氏
講師: 芝浦工業大学 工学部 電子工学科 准教授 山口 正樹 氏
【講演主旨】
原発事故から電力不足問題が深刻化し、新たな電力資源が求められています。これにはエネルギーハーベスト(環境発電)の視点が重要で、農村型の太陽光発電、風力発電が代表的ですが、圧電体を用いた振動発電も大都市型のシステムとして有望で、それには非鉛圧電体の利用が望まれます。
今回文部科学省大学発グリーンイノベーション創出事業グリーン・ネットワーク・オブ・エクセレンス(GRENE)事業先進環境材料分野「低炭素社会の実現に向けた人材育成ネットワークの構築と先進環境材料・デバイス創製」の中で、「新規鉛フリー圧電体材料開発と高周波振動発電デバイスの実証」研究がスタートしたので、課題が目指す方向と関連する研究について紹介します。8機関からなる小規模5年プロジェクトで、東京近郊の参加者の講演を含めます。
【キーワード】
1.圧電体振動発電
2.非鉛圧電体利用
3.薄膜利用
4. 周波数最適化
5.発電効率向上の可能性
6.圧電体の屋外利用
【プログラム】
1.GRENEにおける圧電体エネルギーハーベストプロジェクト
1-1 GRENEとは
1-2 エネルギーハーベストプロジェクトの狙い
2.NIMSにおける研究開発
2-1 非鉛圧電体単結晶・薄膜の作成
2-2 非鉛圧電体単結晶・薄膜の強誘電体・圧電体評価
3.他の4機関の研究開発概要
3-1 龍谷大学における非鉛圧電体単結晶・薄膜研究
3-2 奈良先端科学技術大学院大学における圧電体薄膜研究のトピック
3-3 ファインセラミックスセンターにおける圧電体第一原理計算
3-4 神戸大学における振動発電研究と成果
4.東京工業大学における非鉛圧電体研究と振動発電
4-1 d31を用いた振動発電の原理
4-2 非鉛圧電体と振動発電結果
5. 芝浦工業大学における圧電体研究
5-1 プロトンビームライン
5-2 プロトンビームラインによる圧電体厚膜パターンニング
6. 湘南工科大学における圧電体研究
6-1 焼結体による振動発電アプローチ
6-2 焦電体を用いた温度変化発電
【質疑応答】
【登録日】2012.02.27