【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.03】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24UT1092

利用課題名 / Title

ウエアラブルデバイスのためのエレクトレット発電機の開発

利用した実施機関 / Support Institute

東京大学 / Tokyo Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

発電関連材料/ Materials for power generation, 液晶、マイクロEC冷却,スパッタリング/ Sputtering,リソグラフィ/ Lithography,電子線リソグラフィ/ EB lithography,膜加工・エッチング/ Film processing/etching,ダイシング/ Dicing,X線回折/ X-ray diffraction,環境発電/ Energy Harvesting

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

鈴木 雄二

所属名 / Affiliation

東京大学工学系研究科機械工学専攻

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

三好智也,Hang Wang,Lu Jia-xing,Tianrui Deng

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

UT-500：高速大面積電子線描画装置
UT-506：枚葉式ZEP520自動現像装置
UT-906：ブレードダイサー
UT-203：粉末X線回折装置
UT-604：高速シリコン深掘りエッチング装置

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

　日常生活で身につけるウエアラブルデバイスの電源として、人体動作から電力を生成する技術が注目されている。本研究では、この技術の実用化を目指し、より効率的に発電できる新しい材料やデバイスを開発した。具体的には、液晶を用いた発電デバイスや、電気冷熱効果を利用した小型冷却装置の開発に取り組んだ。これらの技術は、ウェアラブルデバイスだけでなく、IoTセンサーや医療機器など、様々な分野への応用が期待される。

実験 / Experimental

　液晶強化型振動エレクトレットエナジーハーベスタは高速電子ビーム直接描画装置（F5112＋VD01）とマスク・ウェハ自動現像装置群(ZEP520 Auto Developing Machine)によって製作したフォトマスクを用いて、櫛歯電極のパターンを形成した。HZO膜の強誘電特性評価には、X線回折装置（XRD）を用いた。
　発電用液晶評価のためのシリコンマイクロ流体デバイスは超高速シリコン深堀りイオンエッチング装置（MUC-21 ASE-Pegasus）を用いて、高アスペクト比マイクロ流路をドライエッチングにより形成した。ダイシングソー（DISCO DAD3650）とステルスダイサー(DFL7340（Si用）)によりチップ化し、Tempax-Si-Tempaxサンドイッチ構造のブリッジ型マイクロ流体デバイスを試作した。
　マイクロEC冷却デバイスはEB描画で製作したフォトマスクを用いたリソグラフィにより、電極パターンを形成し、ネマチック液晶を用いたマイクロチャネル型EC冷却デバイスを試作した。

結果と考察 / Results and Discussion

　石英基板上のAZO透明櫛歯電極にHZO膜を形成した発電デバイスをFig. 1に示す．HZO膜をXRDにより特性評価し、成膜とポストアニールの条件を探索して高い残留分極率を達成した．
　発電用液晶評価のためのDRIE（Deep reactive-ion etching）で形成した高アスペクト比チャネルを有するTempax-Si-Tempaxサンドイッチ構造のブリッジ型マイクロ流体デバイスを試作した．調製したネマチック液晶に磁場を印加し流動させたときの誘電率，電気抵抗率，液晶配光を測定し，グラフェンをドーピングしたときの発電用液晶の誘電特性を明らかにした．
　マイクロEC冷却デバイスにおいては，ネマチック液晶を用いたマイクロチャネル型EC冷却デバイスを提案・設計・試作し，その冷却性能をシミュレーションおよび実験で評価した．

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig. 1 Photograph of liquid crystal-enhanced electret vibration energy harvester with HZO film.

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

関連発表：王 晗, 三好 智也, 鈴木 雄二, 「Effects of Oscillating Flow on the Anisotropic Permittivity of Nematic Liquid Crystal」 第71回応用物理学会春季学術講演会, 東京, 23a-1BC-8, 2024年3月22日〜25日.

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

1. Hang Wang, 三好 智也, 鈴木 雄二,
「振動流におけるグラフェンドープされたネマチック液晶の誘電特性」
第15回マイクロ・ナノ工学シンポジウム, 仙台, 27P3-PN-90, 2024年11月24日-11月27日
2. 盧 家鑫, 三好 智也, 鈴木 雄二,
「長期安定性を実現するための強誘電体薄膜を用いた液晶強化型エレクトレット環境振動発電器」
第15回マイクロ・ナノ工学シンポジウム, 仙台, 26P3-PN-79, 2024年11月24日-11月27日
3. Deng Tianrui, 三好 智也, 鈴木 雄二, 「ネマティック液晶の電気熱量効果を利用したマイクロ冷却装置の開発」 熱工学コンファレンス2024, 山口, D51, 2024年10月5日-10月6日.
4. 王 晗, 三好 智也, 鈴木 雄二, 「グラフェンドープと振動流によるネマチック液晶の誘電特性の制御」 第61回日本伝熱シンポジウム, 神戸, I326, 2024年5月29日-5月31日.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件