持続可能な電力源の提供は、今世紀の最重要課題の一つです。この動機から、熱電1、太陽光発電2、熱光起電力3といったエネルギーハーベスティング材料の研究分野が発展してきました。ジュールレベルのエネルギーをハーベスティングできる材料やデバイスは未だに存在しませんが、電気エネルギーを周期的な温度変化に変換できる焦電材料は、センサー4やエネルギーハーベスター5,6,7として認識されています。本研究では、42グラムのタンタル酸鉛スカンジウムからなる多層コンデンサーを形態とする、マクロな熱エネルギーハーベスターを開発しました。このコンデンサーは、熱力学的サイクルごとに11.2 Jの電気エネルギーを生成します。各焦電モジュールは、サイクルごとに最大4.43 J cm-3の電気エネルギー密度を生成できます。また、0.3グラムのこのようなモジュール2つで、マイクロコントローラーと温度センサーを内蔵した自律型エネルギーハーベスターに継続的に電力を供給できることも示しています。最後に、10 Kの温度範囲において、これらの多層コンデンサーは40%のカルノー効率に達することができることを示します。これらの特性は、(1) 強誘電体の相変化による高効率、(2) 低リーク電流による損失の抑制、(3) 高い破壊電圧に起因しています。これらのマクロスケールでスケーラブルかつ効率的な焦電発電装置は、熱電発電のあり方を根本から変えるものです。
熱電材料に必要な空間温度勾配と比較して、熱電材料のエネルギーハーベスティングには、時間とともに変化する温度サイクルが必要です。これは熱力学サイクルを意味し、エントロピー (S)-温度 (T) 図で最もよく説明されます。図 1a は、スカンジウム鉛タンタル酸塩 (PST) における電場駆動による強誘電体-常誘電体相転移を示す非線形焦電体 (NLP) 材料の典型的な ST プロットを示しています。ST 図のサイクルの青色と緑色のセクションは、オルソン サイクル (2 つの等温セクションと 2 つの等極セクション) で変換された電気エネルギーに対応します。ここでは、初期温度は異なりますが、同じ電場変化 (電場のオンとオフ) と温度変化 ΔT を持つ 2 つのサイクルを検討します。緑色のサイクルは相転移領域に位置していないため、相転移領域に位置する青色のサイクルに比べて面積がはるかに小さくなります。ST 図では、面積が大きいほど収集されるエネルギーが大きくなります。したがって、相転移ではより多くのエネルギーを収集する必要があります。 NLPにおける大面積サイクルの必要性は、電熱応用分野9, 10, 11, 12における必要性と非常によく似ており、PST積層コンデンサ（MLC）とPVDFベースのターポリマーは最近、優れた逆特性を示しています。サイクル13,14,15,16における冷却性能の状態。したがって、熱エネルギーハーベスティングに興味深いPST MLCを特定しました。これらのサンプルは、方法論で詳細に説明され、補足ノート1（走査型電子顕微鏡法）、2（X線回折）、および3（熱量測定）で特性評価されています。
a、相転移を示す NLP 材料に電場をオンおよびオフに適用した場合のエントロピー (S)-温度 (T) プロットのスケッチ。2 つのエネルギー収集サイクルが 2 つの異なる温度ゾーンで示されています。青と緑のサイクルはそれぞれ相転移の内側と外側で発生し、表面の非常に異なる領域で終了します。b、2 つの DE PST MLC ユニポーラ リング (厚さ 1 mm)、それぞれ 20 °C と 90 °C で 0 ～ 155 kV cm-1 の間で測定されたものと、対応するオルセン サイクル。文字 ABCD はオルソン サイクルの異なる状態を示します。AB: MLC は 20 °C で 155 kV cm-1 に充電されました。BC: MLC は 155 kV cm-1 に維持され、温度は 90 °C まで上昇しました。CD: MLC は 90 °C で放電します。DA: MLC はゼロ電場で 20 °C まで冷却されます。青い領域は、サイクルを開始するために必要な入力電力に対応します。オレンジ色の領域は、1 サイクルで収集されたエネルギーです。c、上のパネル、電圧 (黒) と電流 (赤) 対時間。b と同じオルソン サイクル中に追跡されました。2 つの挿入図は、サイクルの重要なポイントでの電圧と電流の増幅を表しています。下のパネルの黄色と緑の曲線は、それぞれ 1 mm 厚の MLC の対応する温度曲線とエネルギー曲線を表しています。エネルギーは、上のパネルの電流曲線と電圧曲線から計算されます。負のエネルギーは、収集されたエネルギーに対応します。4 つの図の大文字に対応するステップは、オルソン サイクルと同じです。サイクル AB'CD はスターリング サイクルに対応します (補足説明 7)。
ここで、EとDはそれぞれ電界と変位電界である。NdはDE回路（図1b）から間接的に得ることも、熱力学サイクルを開始することで直接得ることもできる。最も有用な方法は、1980年代にオルセンが焦電エネルギーの収集に関する先駆的な研究で明らかにした17。
図 1b は、0 ～ 155 kV cm-1 (600 V) の範囲で、それぞれ 20 °C と 90 °C で組み立てられた 1 mm 厚の PST-MLC 試験片の 2 つの単極 DE ループを示しています。これらの 2 つのサイクルを使用して、図 1a に示されているオルソン サイクルで収集されるエネルギーを間接的に計算できます。実際、オルセン サイクルは 2 つの等磁場ブランチ (ここでは、DA ブランチのゼロ磁場と BC ブランチの 155 kV cm-1) と 2 つの等温ブランチ (ここでは、AB ブランチの 20°С と 20°С) で構成されています。サイクル中に収集されるエネルギーは、オレンジと青の領域 (EdD 積分) に対応します。収集されたエネルギー Nd は、入力エネルギーと出力エネルギーの差、つまり図 1b のオレンジ色の領域のみです。スターリングサイクルはオルソンサイクルの代替手段です（補足注7）。定充電段階（開回路）への到達が容易なため、図1b（サイクルAB'CD）から抽出されるエネルギー密度は1.25 J cm-3に達します。これはオルソンサイクルで収集できるエネルギーのわずか70%に過ぎませんが、シンプルな発電装置で同じエネルギー密度を得ることができます。
さらに、Linkam 温度制御ステージとソースメータ (メソッド) を使用して PST MLC に通電することにより、オルソンサイクル中に収集されたエネルギーを直接測定しました。上部の図 1c とそれぞれのインセットは、同じオルソンサイクルを通過する DE ループの場合と同じ 1 mm 厚の PST MLC で収集された電流 (赤) と電圧 (黒) を示しています。電流と電圧により収集されたエネルギーを計算することが可能であり、曲線は図 1c の下部 (緑) とサイクル全体の温度 (黄色) に示されています。文字 ABCD は、図 1 の同じオルソンサイクルを表しています。MLC の充電は AB レグ中に発生し、低電流 (200 µA) で実行されるため、SourceMeter は充電を適切に制御できます。この一定の初期電流の結果として、非線形の電位変位フィールド D PST のために電圧曲線 (黒の曲線) は線形ではありません (図 1c、上部インセット)。充電終了時に、30 mJ の電気エネルギーが MLC に蓄えられます (ポイント B)。 その後、MLC が加熱され、電圧が 600 V のまま負の電流 (したがって、負の電流) が生成されます。 40 秒後、温度が 90 °C のプラトーに達すると、この電流は補償されましたが、ステップ サンプルはこの等磁場中に回路で 35 mJ の電力を生成しました (図 1c の上部の 2 番目の挿入図)。 その後、MLC (分岐 CD) の電圧が低下し、追加の 60 mJ の電気仕事が発生します。 総出力エネルギーは 95 mJ です。 収集されたエネルギーは、入力エネルギーと出力エネルギーの差であり、95 – 30 = 65 mJ となります。 これは 1.84 J cm-3 のエネルギー密度に相当し、DE リングから抽出された Nd に非常に近い値です。 このオルソン サイクルの再現性は広範囲にテストされています (補足ノート 4)。電圧と温度をさらに上昇させることで、厚さ0.5 mmのPST MLCにおいて、750 V（195 kV cm-1）、175 °Cの温度範囲でオルセンサイクルを用いて4.43 J cm-3を達成しました（補足注記5）。これは、文献で報告されている直接オルセンサイクルの最高性能の4倍であり、Pb(Mg,Nb)O3-PbTiO3（PMN-PT）薄膜で得られた1.06 J cm-3（cm-3）の4倍に相当します。文献中のその他の値については、補足表1を参照してください。 この性能は、これらのMLCの漏れ電流が非常に低い（750 Vおよび180 °Cで<10−7 A、詳細は補足ノート6を参照）ことにより達成されました。これは、以前の研究17,20で使用された材料とは対照的に、スミスら19が指摘した重要な点です。 この性能は、これらのMLCの漏れ電流が非常に低い（750 Vおよび180 °Cで<10−7 A、詳細は補足ノート6を参照）ことにより達成されました。これは、以前の研究17,20で使用された材料とは対照的に、スミスら19が指摘した重要な点です。 Эти характеристики были достигнуты благодаря очень низкому току утечки этих MLC (<10–7 А при 750 В и 180 °C, 6) — критический момент, упомянутый Смитом и др. 19 — в отличие от к материалам, использованным в более ранних исследованиях17,20. これらの特性は、これらのMLCの漏れ電流が非常に低い（750 Vおよび180 °Cで<10–7 A、詳細は補足ノート6を参照）ために達成されました。これは、以前の研究17,20で使用された材料とは対照的に、スミスら19が指摘した重要なポイントです。これらの MLC の漏れ電流は非常に低いため (750 V および 180 °C で < 10-7 A、充電説明 6 中の詳細情報を参照) ——Smith 等 19前述の重要な点は、初期の研究で使用された材料 17,20 でこのような性能が得られているということです。これらのmlcの漏洩は非常に大きいため（750 Vおよび180 °Cでの場合<10-7 A、詳細説明6中详细情報を参照）））） — 等 19 关键 关键点相比下相比下相比の下 相比の下 相比の下 相比の下 相比の下 相比の下 相比の下 相比の下 相比の下 相比の下 相比の下 相比の下 相比の下 相比の下 相比の下 相比の下 相比の下 相比の下それに比べて、初期の研究で使用された材料１７．２０は、このような性能を達成している。 Поскольку ток утечки этих MLC очень низкий (<10–7 А при 750 В и 180 °C, см. подробности в дополнительном) примечании 6) — ключевой момент, упомянутый Смитом и др. 19 — 日、日、日。 これらのMLCの漏れ電流は非常に低い（750Vおよび180℃で<10–7A、詳細は補足ノート6を参照）ため（Smithら19が比較のために指摘した重要なポイント）、これらの性能が達成されました。以前の研究17,20で使用された材料。
同じ条件（600 V、20～90 °C）をスターリングサイクルに適用しました（補足ノート7）。DEサイクルの結果から予想された通り、収率は41.0 mJでした。スターリングサイクルの最も顕著な特徴の一つは、熱電効果によって初期電圧を増幅できることです。最大39倍の電圧利得が観測されました（初期電圧15 Vから最終電圧最大590 Vまで、補足図7.2参照）。
これらの MLC のもう 1 つの際立った特徴は、ジュール範囲のエネルギーを収集するのに十分な大きさのマクロ的な物体であることです。そのため、図に示すように、Torello ら14 によって説明されたのと同じ平行板設計に従い、厚さ 1 mm の MLC PST 28 個を使用してプロトタイプ ハーベスター (HARV1) を 7×4 マトリックスで構築しました。マニホールド内の熱を運ぶ誘電流体は、流体温度が一定に保たれている 2 つのリザーバー間で蠕動ポンプによって移動します (方法)。図 2a で説明したオルソン サイクル、10°C と 125°C の等温領域、および 0 と 750 V (195 kV cm-1) の等磁場領域を使用して最大 3.1 J を収集します。これは、3.14 J cm-3 のエネルギー密度に相当します。このコンバインを使用して、さまざまな条件下で測定が行われました (図 2b)。 80℃の温度範囲、600V（155kV cm-1）の電圧で1.8Jが得られたことに注意してください。これは、同じ条件下で1mm厚のPST MLCで得られた前述の65mJ（28×65=1820mJ）とよく一致しています。
a, オルソンサイクルで動作する厚さ1mmのMLC PST 28個（4行×7列）をベースとしたHARV1プロトタイプの組み立て実験セットアップ。4つのサイクルステップごとに、プロトタイプ内で温度と電圧が設定されます。コンピューターは、冷温リザーバー間で誘電液を循環させる蠕動ポンプ、2つのバルブ、および電源を駆動します。また、コンピューターは熱電対を使用して、プロトタイプに供給される電圧と電流、および電源からコンバインの温度に関するデータを収集します。b, 異なる実験において、4×7 MLCプロトタイプが収集したエネルギー（色）と、温度範囲（X軸）および電圧（Y軸）の関係を示します。
厚さ1 mmのMLCを60個、厚さ0.5 mmのMLCを160個（活性焦電材料41.7 g）搭載した大型のハーベスター（HARV2）は、11.2 Jの電力を生成しました（補足資料8）。1984年、オルセンは317 gのスズドープPb(Zr,Ti)O3化合物をベースにしたエネルギーハーベスターを開発し、約150 °Cの温度で6.23 Jの電力を生成できました（文献21）。このコンバインでは、これがジュール値で得られる唯一の値です。このハーベスターは、我々が達成した値の半分強で、品質はほぼ7倍でした。つまり、HARV2のエネルギー密度は13倍高いことになります。
HARV1のサイクル周期は57秒です。これは、1mm厚のMLCを4列7列に並べることで54mWの電力を生成しました。さらに一歩進めて、0.5mm厚のPST MLCとHARV1およびHARV2と同様の構成で3つ目のコンバイン（HARV3）を構築しました（補足ノート9）。熱化時間は12.5秒でした。これはサイクル時間25秒に相当します（補足図9）。収集されたエネルギー（47mJ）はMLC1枚あたり1.95mWの電力を生成し、HARV2は0.55W（約1.95mW × 0.5mm厚のPST MLC 280枚）を生成すると推定されます。さらに、HARV1実験に対応する有限要素シミュレーション（COMSOL、補足注記10および補足表2～4）を使用して熱伝達をシミュレートしました。有限要素モデリングにより、MLCを0.2 mmに薄くし、冷却剤として水を使用し、マトリックスを7行×4列に戻すことで、同じ数のPST列でほぼ1桁高い電力値（430 mW）を予測することが可能になりました（加えて、タンクがコンバインの隣にあるときは960 mWがありました、補足図10b）。
このコレクターの有用性を実証するために、スターリング サイクルを、熱コレクターとしての 0.5 mm 厚の PST MLC 2 個、高電圧スイッチ、蓄電コンデンサー付き低電圧スイッチ、DC/DC コンバーター、低電力マイクロコントローラー、2 つの熱電対、および昇圧コンバーターのみで構成されたスタンドアロン デモンストレーターに適用しました (補足ノート 11)。 この回路では、蓄電コンデンサーを最初に 9 V で充電し、その後 2 つの MLC の温度が -5°C ～ 85°C の範囲で自律的に動作する必要があります (ここでは 160 秒サイクルで実行します (いくつかのサイクルについては補足ノート 11 に示されています)。 驚くべきことに、重さがわずか 0.3 g の 2 つの MLC で、この大規模システムを自律的に制御できます。
最後に、これらのMLCモジュールの熱エネルギーを電気エネルギーに変換する効率を評価しました。効率の品質係数ηは、収集された電気エネルギーの密度Ndと供給された熱の密度Qinの比として定義されます（補足注記12）。
図3a、bは、それぞれ0.5 mm厚のPST MLCの温度範囲の関数としてのオルセンサイクルの効率ηと比例効率ηrを示しています。両方のデータセットは、195 kV cm-1の電界に対して提供されています。効率\(\this\)は1.43%に達し、これはηrの18%に相当します。しかし、25°Cから35°Cまでの10 Kの温度範囲では、ηrは最大40%の値に達します（図3bの青い曲線）。これは、10 Kおよび300 kV cm-1の温度範囲でPMN-PTフィルムに記録されたNLP材料の既知の値（ηr = 19%）の2倍です（文献18）。 PST MLCの熱ヒステリシスは5～8 Kであるため、10 K未満の温度範囲は考慮されていません。相転移が効率に及ぼすプラス効果を認識することは非常に重要です。実際、図3a、bでは、ηとηrの最適値はほぼすべて、初期温度Ti = 25°Cで得られています。これは、これらのMLCにおいて、電界が印加されていない状態で相転移が起こり、キュリー温度TCが約20°Cであるためです（補足注記13）。
a、b、温度間隔 ΔTspan に依存する、厚さ 0.5 mm の MPC PST の場合の、最大電界 195 kV cm-1 および異なる初期温度 Ti、}}\,\)(b) におけるオルソン サイクルの効率 η と比例効率。
後者の観察には、2 つの重要な意味合いがあります: (1) 電場誘起相転移 (常誘電体から強誘電体へ) が発生するためには、有効なサイクリングは TC を超える温度で開始する必要がある。 (2) これらの材料は、TC に近い実行時間でより効率的です。 実験では大規模な効率が示されていますが、カルノー限界 (\(\Delta T/T\)) により、温度範囲が限られているため、大きな絶対効率を達成することはできません。 ただし、これらの PST MLC によって実証された優れた効率は、Olsen が「50 °C ～ 250 °C の温度で動作する理想的なクラス 20 回生熱電モーターは、30% の効率を実現できる」と述べたことを正当化します17。 これらの値に到達して概念をテストするには、Shebanov と Borman が研究したように、異なる TC のドープ PST を使用すると便利です。彼らは、PSTのTCが3°C（Sbドーピング）から33°C（Tiドーピング）まで変化することを示した22。したがって、ドーピングされたPST MLCまたは強い一次相転移を持つ他の材料をベースにした次世代の焦電再生器は、最高の電力ハーベスターと競合できると我々は考えています。
この研究では、PST 製の MLC を調査しました。これらのデバイスは一連の Pt および PST 電極で構成され、複数のコンデンサが並列に接続されています。PST は優れた EC 材料であり、したがって潜在的に優れた NLP 材料であるため選択されました。PST は 20 °C 付近で鋭い一次強誘電体 - 常誘電体相転移を示し、そのエントロピー変化が図 1 に示すものと同様であることを示しています。同様の MLC は EC13,14 デバイスについても十分に説明されています。この研究では、10.4 × 7.2 × 1 mm³ と 10.4 × 7.2 × 0.5 mm³ の MLC を使用しました。厚さ 1 mm と 0.5 mm の MLC は、それぞれ厚さ 38.6 µm の PST の 19 層と 9 層から作られました。どちらの場合も、内側の PST 層は厚さ 2.05 µm の白金電極の間に配置されました。これらのMLCの設計では、PSTの55％がアクティブであり、電極間の部分に対応すると想定しています（補足注記1）。 アクティブ電極面積は48.7 mm2でした（補足表5）。 MLC PSTは、固相反応と鋳造法によって調製されました。 調製プロセスの詳細については、以前の記事14で説明されています。 PST MLCと前の記事の違いの1つは、PSTのECのパフォーマンスに大きく影響するBサイトの順序です。 PST MLCのBサイトの順序は0.75です（補足注記2）は、1400°Cで焼結し、続いて1000°Cで数百時間のアニールを行うことで得られます。 PST MLCの詳細については、補足注記1〜3および補足表5を参照してください。
本研究の主要概念はオルソンサイクルに基づいています（図1）。このサイクルには、高温・低温のリザーバーと、様々なMLCモジュールの電圧と電流を監視・制御できる電源が必要です。これらの直接サイクルでは、2つの異なる構成、すなわち（1）Keithley 2410電源に接続された1台のMLCを加熱・冷却するLinkamモジュール、および（2）同じ電源エネルギーで並列に接続された3台のプロトタイプ（HARV1、HARV2、HARV3）を使用しました。後者の場合、2つのリザーバー（高温および低温）とMLC間の熱交換に誘電液（シグマアルドリッチ社より購入、粘度25℃で5cPのシリコーンオイル）を使用しました。熱リザーバーは、誘電液を満たし、サーマルプレートの上に置かれたガラス容器で構成されています。冷蔵室は、水と氷を満たした大きなプラスチック容器内の誘電液を含む液体チューブを備えた水槽で構成されています。 2つの三方ピンチバルブ（Bio-Chem Fluidics社製）をコンバインの両端に設置し、流体をあるリザーバーから別のリザーバーに適切に切り替えました（図2a）。PST-MLCパッケージと冷却剤間の熱平衡を確保するため、サイクル周期を延長し、入口と出口の熱電対（PST-MLCパッケージにできるだけ近い位置）の温度が同じになるまで調整しました。Pythonスクリプトは、すべての機器（ソースメーター、ポンプ、バルブ、熱電対）を管理および同期させ、正しいオルソンサイクルを実行します。つまり、ソースメーターが充電された後、冷却剤ループがPSTスタックを循環し、所定のオルソンサイクルに必要な印加電圧で加熱されるようにします。
あるいは、間接的な方法を用いて、収集されたエネルギーの直接測定を確認しました。これらの間接的な方法は、異なる温度で収集された電気変位（D）-電界（E）フィールドループに基づいており、2つのDEループ間の面積を計算することで、図2. 1bに示すように、収集できるエネルギー量を正確に推定できます。これらのDEループも、ケースレーのソースメータを用いて収集されています。
参考文献に記載されている設計に従って、厚さ 1 mm の PST MLC 28 個を 4 行 7 列の平行板構造に組み立てました。14. PST-MLC 列間の流体ギャップは 0.75 mm です。これは、PST MLC のエッジの周りに液体スペーサーとして両面テープのストリップを追加することで実現します。PST MLC は、電極リード線に接触する銀エポキシ ブリッジと並列に電気的に接続されます。その後、電源に接続するために、電極端子の両側に銀エポキシ樹脂でワイヤを接着しました。最後に、構造全体をポリオレフィン ホースに挿入します。後者は適切な密閉を確保するために流体チューブに接着されます。最後に、入口と出口の液体温度を監視するために、厚さ 0.25 mm の K タイプ熱電対を PST-MLC 構造の両端に組み込みました。これを行うには、最初にホースに穴を開ける必要があります。熱電対を取り付けた後、熱電対ホースとワイヤの間に以前と同じ接着剤を塗布してシールを復元します。
8 つのプロトタイプが個別に構築され、そのうち 4 つには 5 列 8 行の平行板として分布した 40 個の 0.5 mm 厚 MLC PST があり、残りの 4 つにはそれぞれ 15 個の 1 mm 厚 MLC PST がありました。 3 列 × 5 行の平行板構造。使用された PST MLC の総数は 220 個 (厚さ 0.5 mm が 160 個、厚さ 1 mm の PST MLC が 60 個) でした。これら 2 つのサブユニットを HARV2_160 と HARV2_60 と呼びます。プロトタイプ HARV2_160 の液体ギャップは、厚さ 0.25 mm の両面テープ 2 枚と、その間に 0.25 mm 厚のワイヤで構成されています。HARV2_60 プロトタイプでは、同じ手順を繰り返しましたが、厚さ 0.38 mm のワイヤを使用しました。対称性を確保するため、HARV2_160とHARV2_60はそれぞれ独自の流体回路、ポンプ、バルブ、および冷却側を備えています（補足注記8）。2台のHARV2ユニットは、回転磁石を備えた2枚のホットプレート上に設置された3リットル容器（30cm×20cm×5cm）の熱貯蔵庫を共有しています。8台のプロトタイプはすべて電気的に並列接続されています。HARV2_160とHARV2_60のサブユニットはオルソンサイクルで同時に動作し、11.2Jのエネルギーを発生します。
0.5mm厚のPST MLCをポリオレフィンホースに両面テープとワイヤーで固定し、液体が流れるスペースを確保しました。プロトタイプは小型であるため、温水または冷水のリザーバーバルブの隣に設置し、サイクルタイムを最小限に抑えました。
PST MLCでは、加熱ブランチに定電圧を印加することで一定の電界が印加されます。その結果、負の熱電流が発生し、エネルギーが蓄積されます。PST MLCを加熱した後、電界は除去され（V = 0）、そこに蓄積されたエネルギーはソースカウンタに戻されます。これは、収集されたエネルギーのもう1つの寄与に相当します。最後に、電圧V = 0を印加した状態でMLC PSTを初期温度まで冷却し、サイクルを再開できるようにします。この段階ではエネルギーは収集されません。オルセンサイクルは、Keithley 2410 SourceMeterを使用して実行しました。PST MLCを電圧源から充電し、電流マッチングを適切な値に設定することで、充電フェーズ中に十分なポイントを収集し、信頼性の高いエネルギー計算を実現しました。
スターリング サイクルでは、PST MLC は、初期電界値 (初期電圧 Vi > 0)、充電ステップに約 1 秒かかるような所望のコンプライアンス電流 (エネルギーの信頼性の高い計算に十分なポイントが収集される)、および低温で電圧源モードで充電されました。 スターリング サイクルでは、PST MLC は、初期電界値 (初期電圧 Vi > 0)、充電ステップに約 1 秒かかるような所望のコンプライアンス電流 (エネルギーの信頼性の高い計算に十分なポイントが収集される)、および低温で電圧源モードで充電されました。 В циклах Стирлинга PST MLC заряжались в режиме источника напряжения при начальном значении электрического поля (начальное напряжение Vi > 0), желаемом податливом токе, так что этап зарядки занимает около 1 с (и набирается) достаточное количество точек для надежного расчета энергия) и холодная температура. スターリング PST MLC サイクルでは、電界の初期値 (初期電圧 Vi > 0)、所望の降伏電流、充電段階に約 1 秒かかる (信頼性の高いエネルギー計算のために十分な数のポイントが収集される)、および低温で電圧源モードで充電されました。イエス・キリストのサイクル中、PST MLC は電源モードで初期電圧値 (初期電圧 Vi > 0) で充電され、充電ステップを実現するには必要な電圧が必要です 1秒（そしてエネルギーを適切に計算するために十分なポイントを収集します）と低温。 マスター サイクルでは、PST MLC は電圧源モードで初期電界値 (初期電圧 Vi > 0) で充電されるため、必要なコンプライアンス電流は充電ステップで約 1 秒かかります (また、(エネルギー) と低温を確実に計算するのに十分なポイントを収集しました)。 В цикле Стирлинга PST MLC заряжается в режиме источника напряжения с начальным значением электрического поля (начальное напряжение Vi > 0), требуемый ток податливости таков, что этап зарядки занимает около 1 с (и набирается) достаточное количество точек、чтобы надежно рассчитать энергию) изкие температуры。 スターリング サイクルでは、PST MLC は電圧源モードで電界の初期値 (初期電圧 Vi > 0) で充電され、必要なコンプライアンス電流は、充電段階に約 1 秒かかる (エネルギーを確実に計算するのに十分な数のポイントが収集される) ように設定され、温度が低くなります。PST MLC が加熱される前に、I = 0 mA のマッチング電流を印加して回路を開きます (測定ソースが処理できる最小マッチング電流は 10 nA です)。その結果、MJK の PST に電荷が残り、サンプルが加熱するにつれて電圧が増加します。I = 0 mA なので、アーム BC にはエネルギーが収集されません。高温に達すると、MLT FT の電圧が増加し (場合によっては 30 倍以上、追加の図 7.2 を参照)、MLK FT は放電され (V = 0)、初期電荷と同じように電気エネルギーが蓄えられます。同じ電流対応がメータソースに戻されます。電圧ゲインにより、高温で蓄積されたエネルギーは、サイクルの開始時に提供されたエネルギーよりも高くなります。したがって、熱を電気に変換することによってエネルギーが得られます。
PST MLCに印加される電圧と電流を監視するために、Keithley 2410 SourceMeterを使用しました。対応するエネルギーは、KeithleyのSourceMeterで読み取った電圧と電流の積を積分することで計算されます。\ (E = {\int }_{0}^{\tau }{I}_({\rm {meas))}\left(t\ right){V}_{{\rm{meas}}}(t)\)、ここでτは周期です。エネルギー曲線において、正のエネルギー値はMLC PSTに与えるエネルギーを意味し、負の値はそこから抽出するエネルギー、つまり受信エネルギーを意味します。特定の収集サイクルにおける相対的な電力は、収集されたエネルギーをサイクル全体の周期τで割ることで決定されます。
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Ando Junior、OH、Maran、ALO & Henao、NC エネルギー収集のための熱電マイクロジェネレータの開発とアプリケーションのレビュー。 Ando Junior、OH、Maran、ALO & Henao、NC エネルギー収集のための熱電マイクロジェネレータの開発とアプリケーションのレビュー。Ando Junior、オハイオ州、Maran、ALO、およびHenao、NC エネルギー収集用の熱電マイクロジェネレータの開発と応用の概要。 オハイオ州のアンドー・ジュニア氏、アラバマ州マラン氏、ノースカロライナ州ヘナオ氏は、エネルギーを収集するための熱電マイクロ型発電機の開発と応用を振り返りました。 オハイオ州安藤ジュニア、ALO 州マラン、ノースカロライナ州ヘナオオハイオ州のアンドー・ジュニア、ALO のマラン、ノースカロライナ州ヘナオでは、エネルギー収集用の熱電マイクロジェネレータの開発と応用を検討しています。再開。サポート。Energy Rev. 91, 376–393 (2018)。
Polman, A.、Knight, M.、Garnett, EC、Ehrler, B.、Sinke, WC 太陽光発電材料：現在の効率と将来の課題。 Polman, A.、Knight, M.、Garnett, EC、Ehrler, B.、Sinke, WC 太陽光発電材料：現在の効率と将来の課題。Polman, A.、Knight, M.、Garnett, EK、Ehrler, B.、Sinke, VK 太陽光発電材料：現在の性能と将来の課題。 Polman, A.、Knight, M.、Garnett, EC、Ehrler, B. & Sinke, WC 光伏材料：現在の効率と将来の挑戦。 Polman, A.、Knight, M.、Garnett, EC、Ehrler, B.、Sinke, WC 太陽電池材料：現在の効率と将来の課題。Polman, A.、Knight, M.、Garnett, EK、Ehrler, B.、Sinke, VK 太陽光発電材料：現在の性能と将来の課題。サイエンス352、aad4424（2016）。
Song, K.、Zhao, R.、Wang, ZL、Yang, Y. 自己駆動型同時温度・圧力センシングのための結合パイロ圧電効果。 Song, K.、Zhao, R.、Wang, ZL、Yang, Y. 自己駆動型同時温度・圧力センシングのための結合パイロ圧電効果。Song K.、Zhao R.、Wang ZL、Yan Yu. 温度と圧力の自律同時測定のための複合ピロピエゾ電気効果。 Song, K.、Zhao, R.、Wang, ZL、および Yang, Y. は、温度と圧力を同時に伝達する結合熱圧力効果を研究しました。 Song, K.、Zhao, R.、Wang, ZL、Yang, Y. 温度と圧力と同時に自己発電します。Song K.、Zhao R.、Wang ZL、Yan Yu. 複合熱圧電効果による温度と圧力の自律同時測定。フォワード。母校31、1902831（2019）。
Sebald, G.、Pruvost, S.、Guyomar, D. リラクサー強誘電体セラミックの Ericsson 焦電サイクルに基づくエネルギー収集。 Sebald, G.、Pruvost, S.、Guyomar, D. リラクサー強誘電体セラミックの Ericsson 焦電サイクルに基づくエネルギー収集。Sebald G.、Prouvost S.、Guyomar D. リラクサー強誘電体セラミックスの焦電エリクソンサイクルに基づくエネルギー収集。Sebald G.、Prouvost S.、Guyomar D.「Ericsson焦電サイクリングに基づくリラクサー強誘電体セラミックスのエネルギーハーベスティング」Smart alma mater.structure.17, 15012 (2007)
Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW 固体電熱エネルギー相互変換のための次世代の電気熱量および焦電材料。 Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW 固体電熱エネルギー相互変換のための次世代の電気熱量および焦電材料。 アルペイ、SP、マンティース、J.、トロリエ・マッキンストリー、S.、チャン、Q. & ワットモア、RW Сзаимного преобразования твердотельной электротермической энергии. Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW 固体電熱エネルギー相互変換のための次世代電気熱量および焦電材料。 Alpay, SP、Mantese, J.、Trolier-Mckinstry, S.、Zhang, Q. & Whatmore, RW は、相互変換可能な固体電気熱および熱伝導性材料に使用されました。 Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW アルペイ、SP、マンティース、J.、トロリエ・マッキンストリー、S.、チャン、Q. & ワットモア、RW Сзаимного преобразования твердотельной электротермической энергии. Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW 固体電熱エネルギー相互変換のための次世代電気熱量および焦電材料。レディ・ブル.39, 1099–1109 (2014).
Zhang, K.、Wang, Y.、Wang, ZL、Yang, Y. 焦電型ナノジェネレータの性能を定量化する標準と性能指数。 Zhang, K.、Wang, Y.、Wang, ZL、Yang, Y. 焦電型ナノジェネレータの性能を定量化する標準と性能指数。Zhang, K., Wang, Y., Wang, ZL, Yang, Yu. 焦電型ナノジェネレータの性能を定量化するための標準および品質スコア。 Zhang, K.、Wang, Y.、Wang, ZL、Yang, Y. は、ホットエレクトロニクス発電機の性能の基準と品目を数値化するために使用しました。 Zhang, K.、Wang, Y.、Wang, ZL、Yang, Y.Zhang, K., Wang, Y., Wang, ZL および Yang, Yu. 焦電型ナノ発電機の性能を定量化するための基準と性能評価尺度。ナノエネルギー55、534–540（2019）。
Crossley, S.、Nair, B.、Whatmore, RW、Moya, X.、Mathur, ND 磁場変化による真の再生を伴うタンタル酸鉛スカンジウムの電気熱量冷却サイクル。 Crossley, S.、Nair, B.、Whatmore, RW、Moya, X.、Mathur, ND 磁場変化による真の再生を伴うタンタル酸鉛スカンジウムの電気熱量冷却サイクル。Crossley, S.、Nair, B.、Watmore, RW、Moya, X.、Mathur, ND 磁場修正による真の再生を伴うタンタル酸鉛スカンジウムの電気熱量冷却サイクル。 Crossley, S.、Nair, B.、Whatmore, RW、Moya, X. & Mathur, ND の钽酸钪铅の電気熱冷却サイクルは、現場での変換によって真正な再生を実現します。 Crossley, S.、Nair, B.、Whatmore, RW、Moya, X.、Mathur, ND。タンタル酸塩の電気は、セルの水、水、水、ガスをオンラインで要求します。Crossley, S.、Nair, B.、Watmore, RW、Moya, X.、Mathur, ND 磁場反転による真の再生を実現するスカンジウム-鉛タンタル酸塩の電熱冷却サイクル。物理学Rev. X 9、41002（2019）。
Moya, X.、Kar-Narayan, S. & Mathur, ND 強誘電相転移近傍の熱量材料。 Moya, X.、Kar-Narayan, S. & Mathur, ND 強誘電相転移近傍の熱量材料。Moya, X.、Kar-Narayan, S.、Mathur, ND 強磁性相転移近傍の熱量材料。 Moya, X.、Kar-Narayan, S.、Mathur, ND の近傍の熱材料。 Moya, X.、Kar-Narayan, S.、Mathur, ND 鉄冶金に近い熱材料。Moya, X.、Kar-Narayan, S.、Mathur, ND 鉄の相転移付近の熱材料。ナット。母校 13、439–450 (2014)。
Moya, X. & Mathur, ND 冷却および加熱用の熱量物質。 Moya, X. & Mathur, ND 冷却および加熱用の熱量物質。Moya, X. および Mathur, ND 冷暖房用の熱材料。 Moya, X.およびMathur, NDは、冷却および加熱するための熱材料を使用した。 Moya, X. & Mathur, ND 冷暖房用の熱材料。Moya X. および Mathur ND 冷暖房用の熱材料。サイエンス370、797-803（2020年）。
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Olsen, RB & Brown, DD 熱から電気エネルギーへの高効率直接変換に関する焦電測定。 Olsen, RB & Brown, DD 熱から電気エネルギーへの高効率直接変換に関する焦電測定。Olsen, RB および Brown, DD 焦電測定に関連する、熱から電気エネルギーへの非常に効率的な直接変換。 Olsen, RB および Brown, DD は、熱量を電気エネルギーに関連する熱電圧に直接変換しました。 オルセン、RB & ブラウン、DDOlsen, RB および Brown, DD 焦電測定に関連する熱から電気への効率的な直接変換。強誘電体40、17–27（1982）。
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Smith, AN & Hanrahan, BM カスケード型焦電変換: 強誘電体の相転移と電気損失の最適化。 Smith, AN & Hanrahan, BM カスケード型焦電変換: 強誘電体の相転移と電気損失の最適化。Smith, AN および Hanrahan, BM カスケード型焦電変換: 強誘電体の相転移と電気損失の最適化。 Smith, AN と Hanrahan, BM は、熱電変換​​: 電気相と電力消費を促進します。 スミス、AN & ハンラハン、BMSmith, AN および Hanrahan, BM カスケード型焦電変換: 強誘電体の相転移と電気損失の最適化。J.アプリケーション物理学。128、24103（2020）。
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MLC の作成にご協力いただいた N. Furusawa、Y. Inoue、K. Honda に感謝します。PL、AT、YN、AA、JL、UP、VK、OB、ED CAMELHEAT C17/MS/11703691/Defay、MASSENA PRIDE/15/10935404/Defay-Siebentritt、THERMODIMAT C20/MS/14718071/Defay、BRIDGES2021/MS/16282302/CECOHA/Defay を通じて本研究を支援してくださったルクセンブルク国立研究財団 (FNR) に感謝します。
ルクセンブルク工科大学（LIST）材料研究技術部、ルクセンブルク、ベルボア