東レは、200℃以上でも圧電性能を発揮する新しい圧電ポリマー材料を開発したと発表した。従来の圧電ポリマー材料では適用困難であった高温領域においても、安定した特性を発揮するという。
圧電材料とは、外部から力(応力や振動)を加えると電圧を発生する材料で、マイクや歪みセンサーなどに使用されている。主にポリフッ化ビニリデン(PVDF)やチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)が用いられているが、PVDFは120℃で分極構造を失い圧電性が喪失するため、使用温度の上限は80℃程度だった。また、PZTなどの無機圧電材料は、圧電性が高い一方で硬く脆いため、複雑形状や大面積での搭載が困難だった。
近年、モビリティ、ロボット、産業機械、航空・宇宙機などの分野において、振動検出・監視センサーのニーズが広がっている。自動車分野ではロードノイズを抑制するためのアクティブノイズキャンセリング(ANC)、ロボット分野では触覚としての振動検出、産業機械や航空・宇宙機の分野では、振動を常時監視し異常を早期検知する振動監視の導入が検討されている。
これらの分野では、広範囲にわたる振動を正確に把握する大面積での搭載が必要だ。また、モーター・エンジン周辺での使用や宇宙環境、熱媒配管などの用途では、100℃を超える高温環境での圧電性能が求められている。
今回開発した材料は、東レが培ってきたポリマー分子設計技術と高次構造制御技術を駆使して開発した、高い圧電特性を備えた新規ポリマー材料だ。分極構造が200℃以上でも維持されるため、PVDFでは対応できなかった高温環境下で安定した検出を実現する。
また、ワニスやフィルム、不織布などの形状で提供できるため、複雑形状や大面積のセンサーにも適用可能だ。形状自由度が高く、大面積に搭載可能なため、モビリティ、ロボット、産業機械、航空・宇宙機などの振動検出・監視技術の高度化に貢献する。
なお、本材料は鉛やフッ素を含有しないので、RoHS規制やPFAS規制にも適合可能な材料だ。
今後は、2028年頃の実用化を目指し、顧客向けサンプル提供・評価を進めて、本材料の用途開拓・拡大に取り組んでいく。
東レは、コア技術である「有機合成化学」「高分子化学」「バイオテクノロジー」「ナノテクノロジー」を駆使し、革新的素材の研究開発を通じて、企業理念「新しい価値の創造を通じて社会に貢献します」の具現化に取り組んでいる。
