2015 Fiscal Year Research-status Report
準光学的手法による多孔質ポリマー材料を骨格としたミリ波制御液晶デバイスの開発
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15K06025
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| Research Institution | Akita Prefectural University |
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Principal Investigator |
能勢 敏明 秋田県立大学, システム科学技術学部, 教授 (00180745)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 液晶 / 多孔質PMMA / モノリス / ミリ波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最大の課題である超厚膜の液晶を実現するアプローチとしてPDLD型のセル構造を利用する方針の下に、それを実現するためのキーとなる多孔質PMMA材料に注目した。この材料は、極めて簡単な溶液プロセスで高い空孔率を得られるが、基本的にランダムな孔構造を持っており、今後の液晶デバイス応用を考える上では何らかの分子配向効果を導入する事は重要である。そこで本研究では、フィルム状のサンプルを調製し、加熱延伸処理によって孔構造を変形させる事によって液晶分子の配向効果を発現する可能性について検討を行った。
初めに、リボン状に切り出した試料をヒーターで加熱しながら一定の加重で延伸処理を行ったところ、元の長さの2倍程度まで延伸可能であり、孔構造が延伸方向に長くなっている様子がSEM観察によって確認された。また、延伸によって試料の膜厚が60%程度まで薄くなるが、空孔率はほとんど低下しない事などが明らかになっている。
次に、液晶分子の配向効果を評価するために、延伸方向に平行および垂直に切り出した延伸試料を導波管に充填し、ミリ波透過特性の測定を行った。その結果、フィルムの延伸方向に液晶分子が配向している事が確かめられた。一方、磁界印加による変化の観察から分子配向のメモリ効果が観察され、デバイス応用の際に考慮すべき課題も明らかになった。
一方、具体的なミリ波デバイス応用の検討の為に、バルク状の多孔質PMMA材料を調整する取り組みを開始した。初めの溶液の量を増やしながら最終的に得られる多孔質材料の体積や空孔率を詳しく調べたところ、直径50mm、厚さ10mm程度のバルク状サンプルでも空孔率が低下せず、ある程度の機械加工に耐える強度を持った大型の多孔質PMMA材料を得る目処が得られた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初めに、延伸処理を再現性良く評価する事を目指して均一なフィルム状のテスト用多孔質PMMA材料を調製する方法を検討した。ペトリシャーレを容器として用いて相分離および初期の溶媒蒸発プロセスを行う事により、当初の計画通り円盤状の多孔質PMMAを再現性良く調製する手法を見出した。さらに、一定荷重で加熱延伸処理を行い、微細な孔構造に異方性を導入する事により、液晶分子の配向効果を発現する可能性について検討した。SEMによる孔構造の変化の観察や、導波管による分子配向効果の評価によって、延伸方向に液晶の分子長軸が配向する効果が得られる事を検証した点もほぼ当初の計画通りの進捗状況である。
また、ワヤグリッド電極構造を通常の導線およびAgナノインクの印刷法などで作製し、適当な配列周期で良好な透過特性を示す条件等を明らかにした点も当初の計画通りの進捗である。しかし、これらの電極を用いて実際にセルを作製して電圧を印加しても、ミリ波の伝搬特性に優位な変化が観測されなかった。本質的な問題があるのかまだはっきりしないが、液晶の駆動法については今後の継続的な取組みが必要である。
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| Strategy for Future Research Activity |
実際のデバイス作製に必要となる大型の多孔質PMMA材料を得る手法に関しては、ある程度目処が立っているため、具体的な応用としてミリ波用のフレネルレンズを目標に、バルク状の多孔質材料の調製法の最適化およびそれらの最適な加工方法などを検討する。これらの見通しが立った段階で、具体的なフレネルレンズ構造を設計し、機械加工などによって実際のミリ波用の液晶フレネルレンズの試作および動作の検証を行う。
また、ワイヤグリッドによるデバイス駆動の有用性の可否についての判断が難しい状況である為、引き続き動作の検証を行い、バルク状素子の駆動法としての可能性を検討する。進捗状況によっては、磁界や温度変化によって前述のフレネルレンズを使って動作の検証を進める。
さらに、溶媒混合条件の多孔質構造に与える影響など、まだ明らかになっていない重要な課題もあるため、状況に応じて検討を加える予定である。
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| Causes of Carryover |
残額が少額となったため、無理に使用せずに次年度へ繰り越す事とした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成28年度の予算と合わせて、物品費として使用する予定である。
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