科学技術振興機構（ＪＳＴ）,静岡大学,名古屋大学

令和２年１０月１９日

科学技術振興機構（ＪＳＴ）
静岡大学
名古屋大学

振動発電素子の微視的な仕組みを解明

～自ら発電するデバイスが身近に～

ポイント

ＪＳＴ 戦略的創造研究推進事業において、静岡大学 工学部の橋口 原　教授と東京大学 生産技術研究所の年吉 洋　教授らの研究グループは名古屋大学 未来材料・システム研究所の白石 賢二　教授、中西 徹　大学院生、長川 健太　研究員、洗平 昌晃　助教らと共同で、振動発電素子において非晶質シリカが負に帯電する微視的な仕組みを世界で初めて解明しました。

充電不要の自立電源を実現する技術として、外界の振動だけで動作する振動発電素子が期待されています。研究グループが以前開発した、非晶質シリカを負に帯電させることで動作するカリウムイオンエレクトレットが振動発電素子として期待されていますが、負に帯電する微視的な仕組みは未解明でした。

研究グループは、非晶質シリカ内にカリウム原子を挿入するとカリウム原子からケイ素原子に電子が供給され、ケイ素原子があたかもリン原子のように振る舞うことを量子力学に基づく計算から発見しました。そして、ケイ素原子は通常の４本ではなく５本の共有結合を酸素原子と形成してＳｉＯ５構造となり、この構造が負電荷を蓄積することを明らかにしました。

本成果により、振動発電素子の信頼性向上や長寿命化への設計指針が得られます。充電なしで動作するセンサーなどが身近になる他、モノのインターネット（ＩｏＴ）の実現にも貢献が期待されます。

本成果は、２０２０年１０月１９日（日本時間）に第３７回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム（オンライン開催）で発表されます。

本成果は、以下の事業・研究領域・研究課題によって得られました。

戦略的創造研究推進事業 チーム型研究（ＣＲＥＳＴ）

研究領域 「微小エネルギーを利用した革新的な環境発電技術の創出」
（研究総括：谷口 研二　大阪大学　名誉教授）
研究課題名 「ＭＥＭＳ振動発電を用いたパーペチュアル・エレクトロニクス」
研究代表者 年吉 洋（東京大学 生産技術研究所　教授）
研究期間 平成３１年４月～令和５年３月

ＪＳＴはこの領域で、環境に存在する未利用で微小なエネルギーを電気エネルギーに変換（環境発電）する革新的な基盤技術の創出を目指しています。上記研究課題では、回路の動作に必要な電力を自給自足する新たな振動発電素子・システムの実現に挑戦しています。

＜プレスリリース資料＞

＜論文タイトル＞

“Investigation of negative charge storage mechanism in the potassium ion electret by first-principle calculation”
（カリウムイオンエレクトレットにおける負電荷蓄積機構の第一原理計算による検討）

＜お問い合わせ先＞

（英文）“Identifying the microscopic mechanism of vibrational energy harvesters”

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