2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of high intensity and high frequency focused ultrasonic transducers with piezoelectric films.
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17K01427
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| Research Institution | Toin University of Yokohama |
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Principal Investigator |
石河 睦生 桐蔭横浜大学, 医用工学部, 講師 (90451864)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田原 麻梨江 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (60721884)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 圧電 / 大振幅 / 超音波 / 強力超音波 / 高周波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究で開発された手法である水熱合成法によりチタン酸ストロンチウム単結晶基板に製膜したKNbO3圧電膜について、その大振幅特性の起源を検討するために圧電縦効果により厚み振動モードにおける挙動を実験と計算により検討した。実験ではインピーダンスアナライザ(4294A, Agilent Technologies)を用いてアドミタンス特性の測定を行った。18.7 MHzにおいて1次共振が観測され、Q値は低いが鮮明に共振反共振特性が観測できた。次に、アドミタンス特性をMasonの等価回路を用いて計算した。等価回路に用いたKNbO3のパラメータである密度、音速、比誘電率、圧電定数d33、誘電損失、機械的Q値は現在までに実験により求めたものを使用した。アドミタンス特性について実験値と計算値で共振半共振周波数付近での振る舞いは同様の特性が得られたが、アドミタンスの絶対値の大きさと位相に関してはフィッティング出来ていないことが分かった。この理由は今回用意した圧電結晶膜の残留分極が小さいか、銅線および導電性接着剤の影響が大きかったと考えられる。今後は更に負荷軽減を考慮したテストフィクスチャーを用意し、実験値と計算値のフィッティングを図り圧電パラメータを算出する。それによりKNbO3圧電膜の大振幅特性の起源を明らかにし、またその特性を利用した超音波トランスデューサを設計し、高周波強力超音波トランスデューサを試作した。試作トランスデューサを水中にて駆動させたところ、目的のとおり高周波において強力超音波が連続的に照射可能であり、またそれにより強い非線形音響現象が観測された。観測された現象は、キャビテーション発生による化学反応と発光現象、指向性の鋭い音響流、衝撃波の発生である。
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