研究テーマ

外から力を加えて歪ませると両端に電圧が生じる材料のことを圧電体といいます。これら圧電体はライターなどの着火素子や、アクチュエータ、スピーカーなどに使われており、さらに最近では、経年劣化による構造物内部の亀裂を聴診器のように調べる超音波探触子や、身の回りの振動源から電気を得る圧電発電などにも使われ始めています。しかし、既存の圧電材料は室温付近でしか機能せず、振動エネルギーと電気エネルギーを変換する圧電変換効率も不十分なため、これらの限界を打破する新材料が求められています。

機械・ロボット学科の渡辺 健太郎 准教授は、耐熱性の高い圧電体である酸化亜鉛(ZnO)の針状結晶の直径を100nm程度まで細くすることにより、一般的なcmサイズの結晶に比べて約100倍も大きく可逆的に歪むことを実証し、その成果はNature Communications誌やACS Nano誌といった材料科学分野で最高峰の国際紙に掲載されました。現在、渡辺研究室では、ZnOやSiなどの針状ナノ結晶を全て同じ向きに超高密度に並べた、ナノサイズ特有のしなやかで強靭な性質をもつcmサイズのナノ構造体を独自に開発しています。このZnOナノ構造体は、鉛など有毒元素を含んだPZT系の微結晶粉末をでたらめな向きに焼き固めた多結晶体である従来材料とは異なり、耐久性に優れ高温でも機能する、高性能＆高機能な圧電材料になります。