機分子の性質を調べてデバイスに活かす

有機EL素子用の材料からできた振動発電素子

 皆さんは有機EL素子をご存じでしょうか?ELとはElectroluminescenceの略で,現在ではテレビやスマートフォンのディスプレイとして広く使用されるようになりました.有機EL素子は有機分子からできていますので,軽くて柔らかいといった性質があります.また多くの有機EL材料は,水やアンモニアのように極性を持っていることも特徴の一つです.これらの有機分子で薄い膜を作ると,不思議なことに膜の中で分子が自然と整列し,表面の電位が数十ボルトにもなる電荷を帯びた膜ができます.つまり有機EL素子の中にはこの電荷を帯びた膜が入っているということです.この役割はいったい何なのでしょうか?この謎を探るために,独自の電気的な評価手法を用いて研究を進めています.
 実は電荷を帯びた膜はエレクトレットと呼ばれ,古くからマイクロフォンや静電フィルタとして利用されてきました.最近では身の周りの振動から電力を得ることができる振動発電素子の心臓部としても注目されており,活躍の場がどんどん広がっています.しかしながらエレクトレットを作るためには絶縁体に荷電処理(電荷の注入)をしなければならず,作製は簡単ではありません.一方で極性の有機EL材料からできた膜であればその必要はありません.実際にこの新しいエレクトレットを用いることで,荷電処理を一切必要としない振動発電素子を作製することができました.振動発電素子は今後の社会を支える新しいエネルギー源となる可能性を秘めています.現在ではこの振動発電素子を実用化を目指し,有機分子の性質を詳しく調べながら高性能化を進めています.

電子・機械類
准教授 田中 有弥
  • Self-assembled electret for vibration-based energy generator, Scientific Reports 10, 6648 (2020).
  • 自発的に配向する極性有機分子を利用した荷電処理が不要なエレクトレット型振動発電素子,表面と真空64, 16 (2021).
  • 振動発電器及びエレクトレット,特願2018-159860,2018-8-29.
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