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structure observation of pyroelectric ceramics during power generation cycle川崎 卓郎; 福田 竜生; 山中 暁*; 坂本 友和*; 村山 一郎*; 加藤 孝典*; 馬場 将亮*; 橋本 英樹*; Harjo, S.; 相澤 一也; et al.
Journal of Applied Physics, 131(13), p.134103_1 - 134103_7, 2022/04
被引用回数：1 パーセンタイル：14.73(Physics, Applied)The microscopic origin of the pyroelectric power generation using ferroelectric ceramics for energy harvesting from time-varying waste heat can be understood by conducting 
neutron diffraction measurements. The behavior of the domain orientation and lattice strain in the lead zirconate titanate (PZT)-based ceramics with a tetragonal structure during the novel power generation cycle combining electric field and temperature change were investigated. The [001] domains and the lattice strain of the (111) plane in the direction of parallel to the electric field increase in the process of simultaneous rise in the electric field and temperature, and rapidly decrease in the process of the field drop. The alignment of the domain orientation by the electric field and its randomization by the higher temperature during the cycle are critical features of the current power generation system.
through water-soluble Ti complexes as raw material for controlling particle size and distribution of synthesized BaTiO
nanocubes中島 光一*; 廣中 航太*; 大内 一真*; 味岡 真央*; 小林 芳男*; 米田 安宏; Yin, S.*; 垣花 眞人*; 関野 徹*
ACS Omega (Internet), 6(48), p.32517 - 32527, 2021/12
被引用回数：5 パーセンタイル：35.86(Chemistry, Multidisciplinary)水熱合成法によって合成されたBaTiOナノ粒子のサイズは原料となるTiOナノ結晶の粒子サイズに依存することを見出したため、TiOナノ結晶の最適化を行い、これを用いてBaTiOナノ結晶を合成することで粒度分布のそろった100nmサイズのナノキューブの合成に成功した。得られたBaTiOナノキューブはX線回折実験によって強誘電性を示す正方晶構造であることがわかった。また、電子線トモグラフィによって3次元構造を可視化することによってクリアな粒子外形の観察にも成功した。
nanocubes via precise solvothermal crystal growth and their anomalous surface compositional reconstruction中島 光一*; 小名木 海飛*; 小林 芳男*; 石垣 徹*; 石川 喜久*; 米田 安宏; Yin, S.*; 垣花 眞人*; 関野 徹*
ACS Omega (Internet), 6(14), p.9410 - 9425, 2021/04
被引用回数：9 パーセンタイル：57.4(Chemistry, Multidisciplinary)チタン酸バリウムナノキューブを水熱合成法によって合成することに成功した。ナノキューブを走査型電子顕微鏡、パルス中性子、大型放射光を用いて詳細に調べたところ、表面に酸化チタンの再構成層が形成されていることを見出した。
Kim, J.*; 山中 暁*; 村山 一郎*; 加藤 孝典*; 坂本 友和*; 川崎 卓郎; 福田 竜生; 関野 徹*; 中山 忠親*; 武田 雅敏*; et al.
Sustainable Energy & Fuels (Internet), 4(3), p.1143 - 1149, 2020/03
被引用回数：16 パーセンタイル：63.24(Chemistry, Physical)Waste heat is a potentially exploitable energy source but remains a problem awaiting a solution. To explore solutions for automobile applications, we investigate pyroelectric power generation from the temperature variation of exhaust gas using a novel electro-thermodynamic cycle. Niobium-doped lead zirconate titanate stannate (PNZST) ceramics were applied as pyroelectric materials, and their structural characteristics were investigated. In the driving cycle assessments (JC-08) using real exhaust gas, the maximum power generated was identified as 143.9 mW cm
(777.3 J L
per 1 cycle) over a temperature range of 150-220 
C and an electric field of 13 kV cm-1. The net mean generating power of the total driving cycle was 40.8 mW cm, which is the most enhanced result in our power generating systems to date and 314 times greater than our first report. Materials with sharp transition behaviors with the temperature and electric field are worthy of study with regard to pyroelectric energy harvesting materials, and their corresponding crystal and domain structures were investigated to optimize performance.
茂呂 拓哉*; Kim, J.*; 山中 暁*; 村山 一郎*; 加藤 孝典*; 中山 忠親*; 武田 雅敏*; 山田 昇*; 西畑 保雄; 福田 竜生; et al.
Journal of Alloys and Compounds, 768, p.22 - 27, 2018/11
被引用回数：17 パーセンタイル：65.14(Chemistry, Physical)Relaxor-based ternary Pb(In
Nb)O-Pb(Mg
Nb
)O-PbTiO (PIN-PMN-PT) ceramics near a morphotropic phase boundary were grown, and their electrical properties at various temperatures were investigated in the electrothermodynamic cycle for the future environment-friendly automotive applications. Structural disordering, depending on the PIN content, influenced the diffuse phase transition between the tetragonal and cubic structures and contributed to the power-generating behavior. The net power-generating energies (P
) were 2.43-3.01 mW/cm
at temperatures above 200
C and were maintained at above 1 mW/cm over a temperature range of approximately 100 degrees. Therefore, the PIN-PMN-PT system has a possibility of a wider usage temperature range, the disordering of the perovskite crystal structure can be controlled, and it will be a candidate for the application of pyroelectric energy conversion system.
石橋 正祐紀*; 三好 貴子*; 升元 一彦*; 尾上 博則; 川原 秀二*; 関野 真登*
no journal, ,
花崗岩などの硬岩では、主に割れ目が地下水の移行経路となることから、地下水流動の評価に際しては、割れ目分布の不均質性を再現できる割れ目ネットワーク(DFN)モデルが用いられることが多い。しかし、DFNモデルはモデル化する割れ目の数に応じて複雑なモデルとなり大規模化に際しては、解析時間の増加や解析結果の収束性の低下、そして最悪の場合は、解析ができないなどの問題が生じる。そこで、大規模なモデルを構築する場合は、DFNモデルから任意のメッシュサイズの等価な透水性や空隙率を算出した連続体モデル(等価不均質連続体(ECPM)モデル)が適用されることがある。一方、DFNモデルからECPMモデルに変換することで、解析結果への影響が懸念される。そこで、本論ではDFNモデルからECPMモデルに変換する際のメッシュサイズの違いが解析結果に及ぼす影響について検討する。
石橋 正祐紀*; 三好 貴子*; 尾上 博則; 川原 秀二*; 関野 真登*
no journal, ,
花崗岩などの硬岩では、主に割れ目が地下水の移行経路となる。そのため、地下水流動の評価に際しては、割れ目分布の不均質性を再現できる割れ目ネットワーク(DFN)モデルが用いられることが多い。DFNモデルを構築するためには、割れ目の分布や透水性を確率論的に表現するための数値モデル(パラメータセット)を推定する必要がある。一方、近年このような専門性の高いパラメータの推定アプローチや根拠に対する説明性が求められることが多い。そこで、本論では、DFNモデルに適用する水理学的なパラメータの推定に着目し、説明性向上に資するための予察的な検討を実施した。
関野 真登*; 川原 秀二*; 石橋 正祐紀*; 三好 貴子*; 升元 一彦*; 竹内 竜史
no journal, ,
割れ目分布の不均質性を再現可能な割れ目ネットワーク(DFN)モデルは、割れ目が主な地下水等の移行経路となる岩盤の地下水流動評価に適用される適用される。一般的に、DFNモデルを用いた浸透流解析では大きな割れ目が直接的に境界条件間を繋ぐ場合、境界条件の影響が大きくなることが知られる。一方でその影響の程度はモデル化パラメータに応じて変わる可能性も考えられる。そこで、本報では、DFNモデルを用いた浸透流解析における解析領域の影響の検討事例として、日本原子力研究開発機構の瑞浪超深地層研究所の割れ目密度が低い地質で取得されたデータに基づき推定されたパラメータセットを対象として、坑道湧水量解析に対する解析領域の影響について検討した。その結果、坑道と側方境界の距離がDFNモデルで生成する最大割れ目長さ未満の場合には、湧水量を過大に評価することになると考えられ、適切な評価に向けては境界間の距離を最大割れ目長さ以上設ける必要性が示唆された。
