微小水流が新たなエネルギー源に 注目材料グラフェンと水流を活用した環境発電システムの可能性

微小水流が新たなエネルギー源に注目材料グラフェンと水流を活用した環境発電システムの可能性

2024年11月 1日 11:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇大学院工学研究科　电子工学専攻
准教授　冈田健

【発表のポイント】

ナノ材料であるグラフェン^（注¹^）上を流れる水による発电现象において、水の流动状态と発电量の相関を解析しました。
マイクロ流路^（注²^）を用いた実験と数値シミュレーションの解析により、流れが不规则な状态から発达し、层流^（注³^）に迁移する过程で発电量が最大化することを明らかにしました。
雨滴、河川、水道管内など生活环境中の微小な水流を活用した环境発电への展开が期待されます。

【概要】

世界的なエネルギー需要の増加に伴い、身近な环境からエネルギーを収集する技术、すなわち环境発电（エネルギーハーベスティング）の技术开発が望まれています。

东北大学大学院工学研究科の冈田健准教授と同大学流体科学研究所の小宫敦树教授、名古屋工业大学の种村眞幸名誉教授と本田光裕准教授、大阪大学大学院工学研究科の山下一郎招へい教授らの研究グループは、グラフェン上を流れる微小な水流による発电现象^（注4）に着目し、実験と数値シミュレーションを通じて、発电に适した水流の状态を明らかにしました。この成果は、生活环境中に数多く存在する微小な水流を活用できる発电デバイスの最适な设置场所を示す指针となり、これにより効率的な环境発电システムの実现が期待されます。

本研究成果は、2024年10月28日に米国物理学協会が発行する科学学術雑誌Applied Physics Lettersにオンライン掲載されました。

図1. マイクロ流路の模式図。

【用语解説】

注1. グラフェン
ハチの巣状につながった炭素原子1层で构成される炭素同素体である二次元ナノ材料。次世代电子デバイスを含む様々な分野で研究が行われている材料。

注2. マイクロ流路
ガラスやプラスチック、シリコーン材料製の微细な构造を持つ流路。医疗や半导体分野などで用いられる。

注3. 層流
流动の状态を示す。流路の中を流れる流体が流れの方向に向かって规则正しく流れる状态をいう。

注4. グラフェン上を流れる微小な水流による発電現象
この発电现象には様々な理论やメカニズム案が提案されているが、いずれも限定的な条件でのみ成立するものであり详细は解明されていない。

【论文情报】

タイトル：Investigating the Correlation between Flow Dynamics and Flow-induced Voltage Generation
著者：Hikaru Takeda, Naoya Iwamoto, Mitsuhiro Honda, Masaki Tanemura, Ichiro Yamashita, Atsuki Komiya, and Takeru Okada*
*責任著者：東北大学大学院工学研究科電子工学専攻　准教授　冈田健
掲載誌：Applied Physics Letters 125, 184101 (2024)
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