#38 量子力学材料を用いたデバイスの応用例と、サンプル紹介

＃36量子力学材料を用いた革新的な熱電デバイス、半導体デバイスでご紹介したTopologic株式会社が1.2億円の資金調達を完了されました！トポロジカル物質というまだまだ用途開発中の材料ではありますが、そのポテンシャルに大きな注目が集まっているというのが今回の調達額からもわかると思います。そこで、本記事でトポロジカル物質の具体的な用途例をいくつかご紹介いたします。「もしかしたら使えるかも？」と感じた方は是非お気軽にお問合せください！

 

使用例①：パワー半導体センシング

パワー半導体は発熱量が膨大であり、部品サイズも小さいことから、非常に短い間にオーバーヒートなどの故障が起きてしまう。そのため非常に早く異常な熱状況を検出できるセンサは様々な故障予知が可能になります。

工業電力を利用するパワー半導体なら50/60Hzで周期的に動作しており、その周期に追随できるセンサを利用することで半導体部品の動作の異常、過負荷状況などが検出できます。 また、パワー半導体の消費電力から、内部で発生する熱量は推定可能であり、それに対して実際の放熱量がリアルタイムで実測できることにより、熱収支が可視化でき、冷却制御に役立ちます。

 

使用例②：バッテリーセンシング

バッテリーは充放電中に多くの熱を出すことに加え、熱により劣化が進行していき、更には劣化することによって発熱効率が悪化していく部品です。これにリアルタイムで熱をセンシングできるセンサを組み合わせることで様々な異常検知、故障予知、劣化診断が可能になるのです。

バッテリーの発火や破裂につながる事前の異常発熱現象（マイクロショートなど）を熱的に検出。マイクロショートは電流量が小さく電気的な検出が難しいが、非常に抵抗が大きいところをショートするため発熱量は大きいものの非常に短い現象であるため、時間分解能が高い熱センサで検出できるのです。 バッテリーがリアルタイムにどの程度の熱を発しているかを検出することによって、充放電量との相関をマップすることもできます。

それによってバッテリーの劣化状況を診断でき、セルの交換時期の診断や、複数セル運用するバッテー管理システムの場合は負荷分散による劣化状況の均質化などが可能になります。

 

使用例③：可燃性ガスセンサ

発熱に対する感度特性が良いことから、接触燃焼式の可燃性ガスセンサ方式に応用することによって、既存のセンサと比較してより薄い濃度でガスが検出可能です。 シミュレーション上では開発予定の水素センサでは既存センサの10倍ほど感度が実現できると見込んでいます。

 

使用例④：人体センシング

応答性が高い熱流束センサは人体の表面の微弱な発熱量の変化を捉えることが可能です。例えば赤面するような状況は皮膚表面の毛細血管の血流が増大することで起きますが、それによってわずかながら発熱量が増すのです。十分冷却されているため、温度上の変化は小さいものの、発熱量の変化は相対的に大きいため、優位に検出できる 感情の起伏を検出したり、集中力の低下を検出したりと言った現象を捉えたりすることが可能となります。

上記の応用先として、マーケティング調査（現在脳波で行っているようなもの）や、自動運転中の居眠り検出、工場等の現場における健康状態のモニタリング（例えば熱中症予防のための人体発熱状態のモニタリング）などに活用できると考えられます。