2016 Fiscal Year Annual Research Report
広温度域動作性と高表面活性をもつ新規振動子材料の開発
| Project/Area Number |
16H04214
|
|---|
| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
|---|
Principal Investigator |
武田 博明 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (00324971)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
磯部 敏宏 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (20518287)
鶴見 敬章 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (70188647)
保科 拓也 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (80509399)
小玉 展宏 秋田大学, 理工学研究科, 教授 (90282152)
奥寺 浩樹 金沢大学, 自然システム学系, 准教授 (50401881)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
|
| Keywords | 圧電結晶 / 高温特性 / 表面活性 / 結晶成長 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、ゲーレナイト結晶をベースに新規圧電単結晶を合成し、これらの高温物性・表面特性・生体活性を明らかにし、振動子の構造設計・試作・評価することで、広い温度域で動作可能で高表面活性をもつ水晶マイクロバランスを凌駕する微小質量センサや弾性表面波（SAW）バイオセンサ等を提唱することである
本年度は、ゲーレナイト結晶の材料定数を求め、得られた材料定数をもとにSAW特性の数値解析を行った。ゲーレナイトは正方晶系で点群-42mに属するため、その材料定数は比誘電率2個、弾性定数6個、圧電定数2個からなる。これらの材料定数の決定に、長さ伸び振動モードと面内すべり振動モードを用い、10種類の基板を用意した。基板にAu電極を形成し、インピーダンスアナライザを用いて共振・反共振法によりすべての材料定数を算出した。決定した値とその値の大小関係は同じ結晶構造であるCa2Ga2SiO7と同様な傾向を示し、本研究で求めた材料定数は妥当であることがわかった。つぎに、得られた材料定数を用いてCampbellとJonesの解析法に基づき、漏洩弾性表面波(leaky-SAW)の数値解析をZカット、X軸伝搬のゲーレナイト結晶の回転板に対して行った。例として、leaky-SAWの表面での変位では、回転角が0度付近でSAW伝搬方向に対して水平成分の変位が他の成分の変位より大きくなり、このカットにおいて液相系センサとして利用されるSH-SAW(shear horizontal SAW)を励振する可能性があることが分かった。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
交付申請書に入力した研究計画は、（１）ゲーレナイト結晶をベースとした新規圧電振動子材料を創製し、（２）その広温度域動作性と高表面活性を解明することである。（１）について、前述の「研究業績の概要」にあるように、置換元素としてMg、Sr、Baを用い、各濃度を変えて置換したゲーレナイト結晶を作製し、その融解性を明らかにした。現在、次の段階であるチョクラルスキー法によるバルク結晶育成の準備を行っている。よって、（１）の達成度としては100％である。（２）について、広温度域動作性の評価は-30℃から120℃までに限られているものの、表面活性評価についてはゲーレナイト結晶に生体活性があることが見いだされたため、達成度は60％である。以上を総合すると、達成度は80％となり、本申請研究はおおむね順調に進展していると判断した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
研究計画の中間年度である平成29 年度には実際にSAW 素子を作製する。研究概要にあるように、SAW バイオセンサとして重要なSH 波が励振できる基板方位を見いだすことができた。そこで、櫛形電極の形状とサイズを最適化して、実際に作製し、SAW の実測を行う。さらに、圧電振動子マイクロバランスの設計のため、メリライト型結晶において厚みすべり振動が存在する方位についてシミュレーションを行う。この基板をベースに圧電振動子マイクロバランスを試作し、特性評価を行う。得られた成果は取りまとめ学会発表および論文発表を行う。
|
