振動発電 高効率化 新展開：
強誘電体材料 化
新 特性制御手法を発見
古屋大学大学院工学研究科 研究科長：新美 智秀 兼 科学技術振興機構さ け研究者 山田 智明 や もあ 准教授 研究 物質 材料研 究機構技術開発 共用部門 坂田 修身 さ さ テ ョン長 東京工業 大学物質理工学院 舟窪 浩 ふ くぼ ひ 教授 愛知工業大学工学部 生津 資 大 ひ 教授 静岡大学電子工学研究所 脇谷 尚樹 わ や
教授 連邦工科大学 ン 校材料研究所 Nava Setter ッタ 誉 教授 研究 共 振動発電 効率向上 強誘電体材料 新 特性制御手法を発見
代表的 強誘電体 あ チタン酸 コン酸鉛 膜を オンビ 細い棒
ッ 状 出 そ 強誘電体 特性を支配 極 向
割合 ン構造 大 く変化 こ 明 こ 結果 強誘
電体 表面 け 極 電荷遮蔽 影響 説明 こ 上記 ッ あ も そ 側面を金属 被覆 ン構造 変化 こ 証明さ
本研究成果 従来 行わ 材料組成や歪 制御 い チ く 材料 形状や さ 周 環境 電荷遮蔽を制御 こ 強誘電体 特性向上 実現 可能性を示 い こ 新 い チを応用
こ 環境中 振動を電気エ 取 出 発電素子 エ ベ タ 効率向上 小型化 期待 Internet of Things IoT 期待さ 振動
ン や圧力 ン 自立的 電源 利用 可能性 あ
こ 研究成果 チャ ッ ン 学術誌 エンテ
ッ ポ Scientific Reports オン ン版 7月12日付 日本時間18時 掲載さ
イン
強誘電体 諸特性 支配 極 向 割合 イン構造 材料 形状やサイ さ 周 環境 変化 初 系統的 明
上 イン構造 変化 原因 極 電荷遮蔽 影響 あ 突
本アプ 応用 環境中 振動 電気 出 発電素子
ベ 飛躍的 効率向上 可能性 あ
研究背景 内容
現 自然界 あ 未使用 電気 変換 技術 盛 研究さ い 強誘電体 用語 1 優 機械 電気 相互変換機能 電性 示 材料 あ 使用 環境中 振動 電気 出 発電素子
ベ 開発 行わ い
電性 始 強誘電体 諸特性 そ 極 向 割合 イン構造 大 く 右さ
知 い 材料 組成や歪 制御 イン構造 操作
特性 向上さ う いう試 広く行わ 一方 材料 表面や界面 極 電荷 遮蔽状態 イン構造 影響 及 知 い 系統的 研究例 少 く
イン構造 操作指針 明 さ い
そ 古屋大学 中心 研究 プ 強誘電体材料 サイ 化 電荷遮蔽 影響 大 く 着目 特 そ 中 異方性 大 棒状 ッ 対象 研究 行い
ッ 作製 イン構造 解析
サイ 確 制御さ ッ 作製 代表的 強誘電体 あ ン酸
コン酸鉛 PZT 膜 基板上 作製 集束イ ンビ 用語 2 用い 膜 一部 ッ ン 高さ 1.2 イ 幅 最小 200 1万 2 ッ 形状
出 そ 後 ッ ン 除く 熱処理 行い
次 高輝度 放射光 用語 3 X線 ン 集光 ッ 照射 ッ 1 本 X 線回折 用語4 測定 成 図1 本測定 物質 材料研究機構
プ 開発さ ッ イン構造 定量的 明 成
図1：放射光 イ X線回折測定 ッ アップ 試料 概要 放射光X線 ン 集光 ッ 照射 ッ 1本 単体 回折測定 行
ッ サイ 制御 イン構造 操作
サイ 異 ッ イン構造 比較 結果 幅 減少 c イン 呼ば 垂直 極 領域 割合 増 一方 a イン 呼ば 水 極 領域 割合 減少 わ
変化 傾向 基板 種類 異 集束イ ンビ 用い
別 手法 作製 自己組織化 ッ 支持 結果 得 図2(a) 結果 強誘電体 極電荷 遮蔽 不完全 環境 ッ 幅 狭く 従 ッ 側面 極電荷 水 極 不安定 考え 電荷遮蔽 考慮 ュ
ョン 結果 一致 図2(b)
特 幅1 イ 1000 未満 ッ c イン 割合 100 %
一般 電 や応力 外場 印 極 完全 一方向 揃 イン構造 作製 サイ 化 強誘電体 そ 形状やサイ 制御 極方向
揃え 初 見出
図2：(a) ッ 幅 垂直 極 c イン 割合 関 基板 種類 遊い 幅 減少 伴いc イン割合 増
(b) 幅2 イ 及び200 ッ イン構造 ュ ョン結果 例
ッ 外界制御 イン構造 操作
上 考え ば ッ 電荷遮蔽 進 a イン 水 極 割合 増え そ ッ 側面 金属 被覆 一度 熱 イン 消去 後 新 生成 イン構造 観察 そ 結果 a イン 割合 増 明 図3
ュ ョン 傾向 一致 ッ 周 環境 外界 制御
イン構造 操作 示 い
図3： ッ 側面 金属 Pt 被覆 一度 熱 後 イン構造 X線回折結果 電荷遮蔽 進 a イン 水 極 生成 確認
成果 意義
本研究成果 強誘電体 諸特性 支配 イン構造 材料 組成や歪 制御 く 材料 形状やサイ さ そ 周 環境 極 電荷遮蔽状態 制御 操作
示 い
新 いアプ 活用 強誘電体 電特性 飛躍的 向上 遉成 ば 例えば 環境中 あ 微小 振動 効率良く電気 変換 小型 ベ 実現
期待 Internet of Things IoT 用語 5 代表さ う 数億 数兆個 利用 想定さ
ンサ 自立的 電源 利用 可能性 あ 特 電源機能 兼 振動 ンサや 力 ンサ 応用 期待 さ 環境適合性やコ 観点 使用 材料 元 素 限 用途 い 特性向上 アプ 利用 可能性 あ
用語説明 強誘電体
電体 一種 自発 極 外部 電場 極 向 反転可能 結晶 集束イ ンビ
細く集束 イ ンビ 試料表面 走査 試料表面 装置 本研究 ガ ウ イ ンビ 使用
放射光
電子 光 等 い速度 速 電磁石 進行方向 曲 時 発生 指向性 高く強力 電磁波 本研究 実験 兵庫県播磨科学公園都市 あ 大型放射光 施設SPring-8 行わ
X線回折
物質 照射さ Ｘ線 回折 起 現象 物質 結晶 構造やそ 配向 調 事
Internet of Things IoT
イン ッ 言わ 一般 様々 イ イン ッ 接続さ 相互 指
論文
題 ： Charge screening strategy for domain pattern control in nano-scale ferroelectric systems
日本語訳：強誘電体 イン ン制御 電荷遮蔽
著者：Tomoaki Yamada, Daisuke Ito, Tomas Sluka, Osami Sakata, Hidenori Tanaka, Hiroshi Funakubo, Takahiro Namazu, Naoki Wakiya, Masahito Yoshino, Takanori Nagasaki, and Nava Setter
： Scientific Reports 掲載日: 2017 7 12日
DOI: 10.1038/s41598-017-05475-x
特 事項
本研究 科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業さ 機能創発 領域 び 微小 利用 革新的 環境発電技術 創出 領域 日本学術振興会 科学研 究費 科学技術振興機構 国際科学技術共 研究推進事業 Concert-Japan 光技術 用い く
一環 行わ イン構造解析 SPring-8 BL15XU びBL13XU ビ
イン 行わ 主 結果 BL15XU 測定 文部科学省委 事業
プ ッ フ 課題 物質 材料研究機構微細構造解析プ ッ フ 支援 実施さ
