Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

エネルギー / 熱電 / 熱利用 / エネルギー問題 / 環境問題 / CO2削減 / 熱エネルギー / 発電 / 増感型 / 半導体 / 電気化学 / エネルギー変換 / クリーンエネルギー / 熱励起 / 光励起 / 酸化還元 / 再生可能エネルギー / 地熱 / 廃熱利用

増感型太陽電池の材料として使われており、かつ熱励起電荷生成が理論的に予測された有機ぺロブスカイト材料を用いて、光および熱双方による発電を確認し、増感型熱利用発電が原理的に可能であることを示し、その論文はforum articleに選出された(ACS Appl. Energy Mater., 2019, 2, 13-18）。
また本電池の終了を調べる過程において、驚くべきことに本電池が放電終了後「スイッチをオフして熱源に放置すると発電性能が復活する」ことを確認した。この、熱源に放置しておいて性能が復活するという現象は、本科研費申請段階では全く予想だにしない、大発見であった。

本研究成果により、安全・安心で、外国からの輸出に頼らない、CO2も発生しない、天候にもよらない、狭いスペースでも安定して電力が得られる、まさに我が国にふさわしい”増感型熱利用発電”の骨子を作り上げることができた。今後、さらに研究を進めることにより、日本の、そして世界のエネルギー問題を解決する技術としていきたい。

流体力学 / 電場駆動流 / 電気二重層 / ナノ流体力学 / 物質移動 / 表面科学 / 一分子計測 / エネルギー変換 / 電気化学

昨年度までにナノフルイディックダイオード、ナノフルイディックトランジスタの基本的な特性について理論的、実験的に確認したが、本年度はこれらを組み合わせたナノフルイディック集積回路を設計し、一度に多くの生体分子の分離、検出ができるバイオセンサーに応用することに取り組んだ。はじめにナノフルイディック集積回路の実現に向けて理論計算を行った。数十ナノメートルの流路幅をもつシリカナノチャネルのT字型分岐部において、イオンや分子の流れが外部電場を制御することにより変調できることを明らかにした。さらにT字型シリカナノチャネルを複数組み合わせた流路を提案し、イオンや分子が分離、分配される条件を明らかにした。また、直径数ナノメートルのシリカナノチャネルを対象とし、外部電場を与えた場合にその内部を流れるイオン流について、非平衡分子シミュレーションにより解析した。代表長さが数十ナノメートルの流路においては、主に静電気力によるイオン流の制御に取り組んだが、数ナノメートルの流路においては、静電気力の他に、双極子モーメント、分子間力等でイオン流を制御することが可能になるため、それらの効果を明らかにすることに主に取り組んだ。特に、シリカナノチャネルの表面の一部を様々な分子で修飾するにより、電流-電圧特性が大きく変化することを明らかにした。これらの研究成果は様々な多孔質ガラス材料をバイオセンサーに応用することができることを示している。