重要鉱物資源に依存しない強誘電モータの駆動を実証~有機強誘電材料の活用で駆動電圧を従来1/1000に低減~

2025-11-21 東京科学大学

東京科学大学の研究チームはレアアースや希少鉱物資源に依存しない「強誘電モータ」を実証した。使用されたのは、自然界に豊富な有機物から構成される「強誘電ネマチック液晶」で、これにより従来のモータで必要だった磁石や銅などの戦略鉱物を用いずに駆動を可能とした。実験ではMaxwell応力の中でも電界に垂直方向に働く応力成分(TEF)を活用し、電極間にわずか20 Vの印加で液晶が1 mm間隔あたり約70 mm上昇する現象を観測。さらにこの原理を応用して試作した3相モータを振幅60 V、周波数10 Hzの3相パルスで駆動し、毎分40回転を達成した。軽量かつ構造簡素なモータ設計が可能となり、モータ需要が高まる電動化社会において、資源制約と環境負荷の両面から次世代モータの有力な選択肢として期待される。今後は多層薄型化による出力トルク向上、液晶材料の分極強化・粘度低減による回転数増大、温度範囲拡大などの実用化課題に取り組む。

重要鉱物資源に依存しない強誘電モータの駆動を実証~有機強誘電材料の活用で駆動電圧を従来1/1000に低減~
図1.電界に垂直方向に働く静電力TEFを利用した強誘電モータの概念図

<関連情報>

強誘電流体における巨大な横方向マクスウェル応力と新しい強誘電モーターの試作 Huge transverse Maxwell stress in ferroelectric fluids and prototyping of new ferroelectric motors

Tatsuhiro Tsukamoto & Suzushi Nishimura
Communications Engineering  Published:19 November 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s44172-025-00530-2

Abstract

Electrostatic actuators typically rely on Maxwell stress, whereas the use of transverse electrostatic force (TEF) has been overlooked because of its weakness. The discovery of polar nematic liquid crystals in 2017 changed this, enabling lower operating voltages and high output power. We here explore TEF in a ferroelectric fluid and demonstrate a ferroelectric motor based on a new driving principle. Using ferroelectric nematic liquid crystals, we show that TEF can elevate the fluid between electrodes with a gap of 2.5 mm up to more than 80 mm at only 28 V mm−1, corresponding to a stress greater than 1000 N m−2. Polarization analysis also revealed a continuous paraelectric-to-ferroelectric transition. Unlike electromagnetic motors, ferroelectric motors require no metal rotors or magnets, resulting in a lower weight and simplified device structure and eliminating the need for rare-earth materials. These results suggest that ferroelectric fluids can enhance electrostatic actuator performance and practicability.

0402電気応用
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