廃熱から電気を作る新しいゼオライト型化合物を発見 ～間接型強誘電性で焦電発電の性能向上に期待～

廃熱 電気 作 新 い オライト型化 物 発見

～間接型強誘電性 焦電発電 性能向上 期待～

屋大学大学院理学研究科 研究科長：杉山 直 谷 博基 た ち

准教授 寺崎一郎 さ いち う 教授 田辺賢士 た べ

助教 研究 ループ ファイン ラミッ ス ンター 森分博紀 わ

主席研究員 広島大学 黒岩芳弘 いわ 教授 森 千

佳子 ち こ 准教授 共 研究 間接型強誘電性 示 オラ

イト型化 物 _(Ca,Sr)

_[Al

_O

_](MO

₎

_{: (M=W,Mo)} 新た 発見 ま た

強 誘 電 体 温 度 変 化 っ 自 発 分 極 大 さ 変 化 焦 電 性 示 ま

こ 焦電性 利用 温度変化 電気エネル ー 変換 こ 出来

ま こ う 焦電発電 い 比誘電率 小さいほ 発電効率 向上 ま

強誘電体 比誘電率 一般的 大 いた 焦電発電素子 性能 制

限さ こ 問題 た そ 対 本研究 焦電性 小さ 比誘電率

時 備えた新 い オライト型化 物 見出 ま た こ ユニー 物性

間接型強誘電性 呼 ま 本研究 見出 た間接型強誘電性 オライト型

化 物 っ 焦電発電素子 性能 向上 期待さ ま

こ 研究成果 ₂₀₁₇ 年 ₃ 月 ₂₄ 日 米国科学雑誌 Physical Review Applied

2017 ^年 2 ^月 28 ^{日 米国科学雑誌} physica status solidi (RRL) - Rapid Research

Letters ^{オンライン版 掲載さ ま た}

ポイント

〇廃熱 発電効率 向上

〇軽く 環境 優 い元素 用いた発電素子

〇ゼオライ 型化合物 新 い用途

研究背景 内容

科学技術 進 伴 近年 ネ 消 費量 急 激 増加 いま 一 方 化石 燃料 枯渇等 将来的 ネ 供給不足 懸念さ 現在 太陽光 半永続的 ネ 源 発電や あ い 産業排熱や生活排熱 廃熱 ネ 再利用 向け た技術開発 材料探索 盛 進 いま そ 中 現在 温度変化 電力 取 出 新 い環境発電技術 焦電発電 注目 集 いま

極性 結晶構造 物質系 物質中 自発的 生 電気 極 自発 極 大 さ 温 度 変化 こ 温度変化 電荷 放出 焦電性 示 ま 特 強誘電体 呼ば 物質系 非極性 構造 極性 構造へ 変化 強誘電性相転移温度近傍 い

自発 極 大 く温度変化 こ 優 た焦電性 得 ま 焦電発電素子 性能指 数 焦電性 大 さ 応 増加 た 強誘電性相転移温度近傍 優 た焦電性 焦電発電 素子開発 有効 一方 焦電発電素子 性能 物質 比誘電率 比例 いう側 面 あ ま そ 対 通 常 強 誘電 体 比 誘電 率 強誘 電性 相 転移 温度 近 傍 急激 増 大 ま そ た 通 常 強 誘電 体 焦 電性 比 誘 電率 オフ こ 焦 電発 電 素子 性能 制限さ いう問題 生 ま

本研究 見出 たゼオライ 型化合物_{(Ca,Sr)8[Al12O24](MO4)2:(M=W,Mo)} 図 間接型強誘電 性 いう通常 強誘電性 異 ユニ 強誘電性 示 ま 間接型強誘電性 示 物質 間接型強誘電体 呼ば ま こ 間接型強誘電体 通常 強誘電体 同様 強誘電性相転 移温度 い 自発 極 生 ま 図 間接型強誘電体 生 自発 極 通常 強誘電体 比較 小さく 温度変化 生 電荷量 そ ほ 多くあ ませ 一方 間接 型強誘電体 強誘電性相転移温度近傍 い 比誘電率 ほ 増大 い いうユニ

特徴 あ ま 図 そ た 温度変化 伴う自発 極 変化 効率的 電場 変換 こ 可能 焦電発電素子 優 た性能 期待さ ま 本研究 新た 見出 た間接型強 誘 電 性 示 オ ラ イ ト 型 化 物_{(Ca,Sr)8[Al12O24](MO4)2:(M=W,Mo)} 対 電場 印 加 伴 わ

い最 シンプ 焦電発電サイ 一 あ synchronized electric charge extraction (SECE) 用いた場合 焦電発電素子 性能 評価 た こ _PZT 等 従来 強誘電体 凌駕 性 能 見積 ま た 図

図 ：ゼオライ 型化合物_{(Ca,Sr)8[Al12O24](MO4)2:(M=W,Mo)} 結晶構造

図 ：ゼオライ 型化合物_{(Ca1-xSrx)8[Al12O24](WO4)2} 自発 極

図 ：ゼオライ 型化合物_{(Ca1-xSrx)8[Al12O24](WO4)2} 誘電率 相転移温度 矢印 示さ い

図 ：ゼオライ 型化合物_{(Ca1-xSrx)8[Al12O24](WO4)2} 焦電素子 性能比較

成果 意義

本研究 焦電発電素子開発 い 間接型強誘電性 利用 た新 い材料設計原理 提案 本研究 成果 足掛 間接型強誘電性 示 新物質 探索 物性最適化 進 こ 焦電発電 ネ 変換効率 さ 向上 見込ま ま 焦電発電 ネ 源 温度変化 実社会 至 所 存在 ま そ 加え 焦電発電素子 例えば熱電 発電素子等 比較 バイス構造 シンプ 簡便 そ た 個々 焦電発電素子 発電 効率自体 そ ほ 大 く い 本来捨 廃熱 身 回 あ ゆ 場所 電気 ネ

回 こ 考え ま た 焦電発電 得 再生 ネ

積算 非常 大 く 見込ま ま ま 深刻化 ネ 問題 解決 一 糸 口 こ 期待さ ま

マ チフ イッ 物質 代表さ う 間接型強誘電性 け 基礎研究 近年ま ま 活 発 いま 本研究 間接型強誘電体 新 い応用展開 示 あ 基礎的 物質科 学 応用 向けた材料開発 連携 け 新た 道筋 拓く 期待さ ま

用語説明 強誘電体：

極性 結晶構造 ち 物質中 自発 極 有 物質系 強誘電体 け 自発 極 外部 電場 加え こ 転 自発 極 外部電場 転 い場合 焦電体 呼ば

間接型強誘電性：

通常 強誘 電性 直接型強誘電性 極 第一秩序変数 相転 移 生 対 間接型強誘電性 や磁化 極 異 物理量 第一秩序変数 相転移 生

論文

Improper ferroelectricity in stuffed aluminate sodalites for pyroelectric energy harvesting

Y. Maeda, T. Wakamatsu, A. Konishi, H. Moriwake, C. Moriyoshi, Y. Kuroiwa, K. Tanabe, I. Terasaki, and H. Taniguchi

Physical Review Applied 7 (2017) 034012. DOI^：10.1103/PhysRevApplied.7.034012

Improper ferroelectrics as high-efficiency energy conversion materials T. Wakamatsu, K. Tanabe, I. Terasaki, and H. Taniguchi

physica status solidi RRL - Rapid Research Letters 1700009 (2017). DOI^：10.1002/pssr.201700009