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黑料网 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、振动発电素子注１）において非晶质シリカが负に帯电する微视的な仕组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动発电素子が期待されています。研究グループが以前開発した、非晶質シリカ注２）を负に帯电させることで动作するカリウムイオンエレクトレット注３）が振动発电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、非晶质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电子が供给され、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计算から発见しました。そして、ケイ素原子は通常の４本ではなく５本の共有结合を酸素原子と形成してＳｉＯ５构造となり、この构造が负电荷を蓄积することを明らかにしました。
本成果により、振动発电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）注４）の実现にも贡献が期待されます。
本成果は、２０２０年１０月１９日（日本时间）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（オンライン开催）で発表されました。
? 外界の振動だけで発電する振动発电素子が注目されているが、動作の微視的な仕組みは未解明だった。
? 振动発电素子となる荷電体「エレクトレット」が負に帯電する微視的な仕組みを量子計算により世界で初めて明らかにした。
? 性能向上への設計指針が得られ、センサーなどデバイスの自立発電やＩｏＴの実現へ貢献が期待される。
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注１）振动発电素子
外界から来る振动（自动车の走行や人が歩くことなどで生じる振动）を电気エネルギーに変える素子。电力を自给自足でき、充电不要でさまざまな用途に使用することができる。
注２）非晶质シリカ
シリカはシリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）から成る物质、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の総称。石英や水晶もシリカの仲间といえる。シリカの原子配列がランダムに近い非晶质（アモルファス）の构造になったものが非晶质シリカで、ａ－ＳｉＯ２と记述されることが多い。
注３）カリウムイオンエレクトレット
エレクトレット（电石）とは、永久磁石の磁気分极のように、ある种の诱电体において电界をなくしても诱电分极が残留する物质で作られた荷电体である。磁石（マグネット）に倣ってエレクトレットと名付けられた。カリウムイオンエレクトレットは、非晶质シリカにカリウム原子を挿入した后にこれを除去すると非晶质シリカに负の电荷が半永久的に残留する现象を用いたエレクトレットである。
注４）モノのインターネット（ＩｏＴ：Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）
さまざまな物がインターネットに接続され、情报交换することにより相互に制御する仕组みのこと。これによってデジタル社会が进展すると期待されている。
“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负电荷蓄积机构の第一原理计算による検讨）
