成果報告書詳細
管理番号20130000000027
タイトル平成23年度成果報告書 平成23年度採択先導的産業技術創出事業 11B04014c 強誘電体MEMSによる高効率振動発電素子の開発 平成23年度中間
公開日2013/11/22
報告書年度2011 - 2011
委託先名公立大学法人大阪府立大学吉村武
プロジェクト番号P00041
部署名技術開発推進部
和文要約圧電MEMSカンチレバーを用いた振動発電素子の試作を行い、340Hzに共振周波数を有する素子において、80μWcm-3g-2(g:重力加速度)の発電特性を得た。この結果を構築したモデルを用いて解析し、素子の機械的Q値と圧電体薄膜の有効電気機械結合係数が発電量に大きな影響を及ぼす因子であることを明らかにした。また振動発電に適した圧電体としてBiFeO3に着目し、薄膜作製と圧電特性評価を行った。X線逆格子マッピング測定と走査プローブ顕微鏡を用いた圧電応答マッピング測定の結果から、成長温度や膜厚を変化させることで、菱面体晶の結晶構造を有するBiFeO3薄膜に導入される正方晶歪の大きさが変化することが明らかになった。またその正方晶歪が大きくすることで、BiFeO3薄膜の圧電特性を向上させることに成功し、Pb(Zr,Ti)O3薄膜における最高値とほぼ同じ21GPaの振動発電性能指数を得ることができた。有効電気機械結合係数は約10%に達し、圧電MEMS振動発電素子の高効率化の可能性を示すことができた。
英文要約Prototypes of piezoelectric MEMS vibration energy harvesters were fabricated and characterized. The results indicated that the mechanical quality factor of the harvester and the effective electromechanical coupling factor of the piezoelectric film are important parameters for the output of the harvesters. Moreover, BiFeO3 films, which are focused as a suitable piezoelectrics for the vibration energy harvesting application, were grown and characterized. It was found that tetragonal distortion is introduced on the films, while the crystal structure of the BiFeO3 films is rhombohedral. BiFeO3 films with larger tetragonal distortion show higher piezoelectric properties. The highest figure of merit for the vibration energy harvester was about 21GPa, which is comparable to the best reported PZT films.
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