2014 Fiscal Year Annual Research Report
圧電性らせん高分子における擬似レイリー波の創生とその機能化
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25288059
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| Research Institution | Kansai University |
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Principal Investigator |
田實 佳郎 関西大学, システム理工学部, 教授 (00282236)
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2013-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 圧電性 / ポリ乳酸 / アクチュエータ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
圧電体は様々なセンサやアクチュエータに用いられ、セラミックであるチタン酸ジルコン酸鉛(PZT) が有名である。圧電高分子ポリ乳酸は柔軟性や透明性、軽量で積層ができるなど他の圧電体にはない特性を持つ。本年度はポリ乳酸をアクチュエータへ応用した際の発生力向上のため、100層積層体(圧電率400[pC/N])の実現を試みた。ポリ乳酸フィルム1枚の圧電率は低いが、フィルムを積層し、同時に駆動させることで発生力を向上させる。理論上、100枚積層することでPZTの圧電率を大きく凌駕し、かつ軽量な圧電体となる。しかし、従来の積層体は、20層までしか理論値どおりの圧電率を引き出すことが出来ず、100層など多層の積層体になるとその圧電率をほとんど引き出すことが出来ない状況であった。また実験中の層間剥離や電圧印加の度に静電容量が低下し、再現性ある実験が行えないという状況であった。この容量が上がらない原因は積層時の電極の割れによると考えストレスの集中を緩和することを試みた。同時に、剥離を防ぐため積層条件を検討して密着性を向上させた。その結果，100層以上の多層に関しても層数の増加に伴い静電容量、圧電率の上昇が確認できた。作製した積層体は電圧を印加しても静電容量は低下せず層間剥離も起こらなかった。その結果，圧電率、耐久性が高い100層以上の積層体を、安定して作製可能になった。また、特に200層の積層体を実現し785pC/N(1枚の196倍)という大きな圧電率を持つポリ乳酸積層体を、作製することができた。また、このポリ乳酸積層体を用いて1[N]以上の大きな発生力と、高い位置分解能を持つアクチュエータ素子の可能性を示した。
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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
安定した多層積層体の作成技術の確立が想像以上の困難さを伴い，そのためにアクチュエータ実証実験の開始が半年ほど遅れていた．しかしながら，H26年度これを突破し，200層の積層体を実現し785pC/Nという圧電セラクスを凌駕するものを作成できた．これにより今までの遅れを十分取り戻せる状態になった．
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| Strategy for Future Research Activity |
真空成形法を利用し，全く新しい圧電デバイスを実現する．真空成形法では，加熱した高分子シートと成形体型との空間の空気を真空吸引し，シートを型に合わせ，薄肉成型体を得る(TV などの複雑形状を持つ筐体作成)．通常PLLA を真空成形しても圧電性は発現しない．そこで，成形条件(圧力，温度，成形助剤など)を最適化し，一軸配向性を実現し，圧電性の発現を目指す．始めに，電圧信号に追随する変位を発生させ(逆圧電性)，円筒圧電スピーカを実現する．具体的には，側面の配向方向を揃えたPLLA 円筒を真空成形で作成し，電極を付し，円筒の半径方向に圧電変位を起こすスピーカとする．次に，高圧電を実現した成形体に擬似レイリー波を発生させる．
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| Causes of Carryover |
積層膜の開発に時間がかかり実施試験を行えなかったため，試験作成装置の組み立てができなかった．特に作成膜の剥離形状の解析調査が難航し電極部分の改良に時間を費やした．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
最終的に積層膜を具現化できたので，多層フィルム形成実験装置による高圧電素子の開発を当初の予定通りにすすめる．H27年度は予定していた高圧電素素子の開発を，電極形成を工夫し，精力的に進める．
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[Journal Article] Effect of helix inversion of poly(β-phenethyl L-aspartate) on macroscopic piezoelectricity2014
Author(s)
K. Tanimoto, H.Nishizaki1, T. Tada, Y.Shiomi, N. Ito, Kouki Shibata, H. Furuya, A. Abe, K. Imoto, M. Date, E. Fukada, and Y. Tajitsu
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Journal Title
Jpn J Appl Phys
Volume: 53 09PC01
Pages: 1-6
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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