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誘電体セラミック/高分子系フォトニック結晶の作製とマイクロ波制御材料への応用

研究課題

研究課題/領域番号 11305046
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 無機材料・物性
研究機関大阪大学

研究代表者

宮本 欽生 (宮本 欽成)  大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (60107084)

研究分担者 片山 聖二  大阪大学, 接合科学研究所, 助教授 (10144528)
梶山 健二  株式会社イオン工学研究所, 研究部次長
研究期間 (年度) 1999 – 2001
研究課題ステータス 完了 (2001年度)
配分額 *注記
42,390千円 (直接経費: 41,400千円、間接経費: 990千円)
2001年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2000年度: 3,300千円 (直接経費: 3,300千円)
1999年度: 34,800千円 (直接経費: 34,800千円)
キーワードフォトニック結晶 / フォトニックバンドギャップ / 光造形法 / 誘電体 / マイクロ波・ミリ波 / 電磁波制御 / CAD / CAM / 傾斜構造 / バンドギャップ / マイクロ波 / ミリ波 / ダイヤモンド構造 / 光造型 / セラミック / 高分子 / 酸化シリコン / 酸化チタン / 高誘電率
研究概要

セラミックスや高分子などの誘電体を用いて三次元に展開する格子構造を作製すると、空気と格子の連なりにより誘電率の周期的な変化を三次元空間上に実現できる。この構造体に電磁波を入射させるとき、周期と波長が同程度の場合には、三次元的な回折によりその進行が禁止されることが知られている。三次元構造体はフォトニック結晶と呼ばれ、電磁波の禁止帯はフォトニックバンドギャップと呼ばれる。結晶構造に対して欠陥を導入すれば、電磁波の許容準位を形成することも可能であり、これにより光やマイクロ波の本質的な制御が実現するものと期待されている。本研究において我々は、CAD/CAMプロセスの一種である光造形法を用い、セラミックス/エポキシ複合材料からなる三次元格子を形成することで、マイクロ波制御用のフォトニック結晶を作製することに成功した。本研究では、エポキシ系の樹脂に対して高誘電率セラミックスのチタニア粒子を分散し、バンドギャップが全方位に形成されるダイヤモンド構造型のフォトニック結晶を新たに作製した。光造形法では、紫外線硬化樹脂の液相にセラミックス粒子を混合し、液面に紫外線レーザを照射することで、スポット部分に微小な硬化相を形成した。ビーム走査により硬化相を連続的に接合し、複雑な三次元構造体を作製した。複雑な三次元格子の設計および製造はCAD/CAM方式により行った。フォトニック結晶の構造は誘電体の円柱を組み合わせたダイヤモンド型格子とした。CAD/CAM技術を積極的に活用し、格子間隔が段階的に傾斜した構造を有するダイヤモンド型フォトニック結晶の作製も行った。幅広いバンドギャップの形成が確認され、より広帯域における電磁波制御の可能性が示された。また、誘電体バルク中で空気格子が三次元に展開してダイヤモンド構造を形成する、反転構造の作製も行った。誘電体の体積率増加により、幅広いバンドギャップが結晶方位によらず同程度の周波数帯に形成され、あらゆる方向からの電磁波の進行を禁止する完全バンドギャップの形成が確認された。

報告書

(4件)
  • 2001 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2000 実績報告書
  • 1999 実績報告書
  • 研究成果

    (29件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (29件)

  • [文献書誌] S.Kirihara, Y.Miyamoto: "Fabrication of Ceramic/Polymer Photonic Crystals by Stereolithography and Their Microwave Properties"Journal of the American Ceramic Society. (In Printing).

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Kirihara, Y.Miyamoto: "Fabrication of Electromagnetic Crystals with a Complete Diamond Structure by Stereolithography"Solid State Communications. Vol.121. 435-439 (2002)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Kirihara, Y.Miyamoto: "Fabrication and Microwave Properties of Titania/Epoxy Photonic Crystals"Proceeding of International Symposia on Materials Science for the 21^<st> Centyry(ISMS-21). Vol.B. 95-98 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Kirihara, Y.Miyamoto: "Fabrication of Ceramic/Epoxy Photonic Crystals with Graded Lattice Spacing by Stereolithography"Ceramic Transactions : Functionally Graded Materials 2000. Vol.114. 3-8 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Kirihara, Y.Miyamoto: "Fabrication of epoxy/ceramic photonic crystals by streolithography"Ceramic Engineering and Science Proceeding. Vol.21. 13-15 (2000)

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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 桐原聡秀, 宮本欽生: "光造形方による高分子/セラミック系フォトニック結晶の試作"粉体および粉末冶金. 47. 239-243 (1999)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 桐原聡秀, 宮本欽生(川上彰二郎 監修): "フォトニック結晶技術とその応用"シーエムシー出版. 80-89 (2002)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Kirihara and Y. Miyamoto: "Fabrication of Ceramic/Polymer Photonic Crystals by Stereolithography and Their Microwave Properties"Journal of the American Ceramic Society. (in printing).

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Kirihara and Y.Miyamoto: "Fabrication of Electromagnetic Crystals with a Complete Diamond Structure by Stereolithography"Solid State Communieations. Vol. 3 121. 435-439 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S. Kirihara and Y Miyamoto: "Fabrication and Microwave Properties of Titania/Epoxy Photonic Crystals"Proceeding of International Symposia on Materials Science for the 21^<st> Gentyry (ISMS-21). Vol. B. 95-98 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S. Kirihara and Y Miyamoto: "Fabrication of Ceramic/Epoxy Photonic Crystals with Graded Lattice Spacing by Stereolithography"Ceramic Transactions : Functionally Graded Materials 2000. Vol. 114. 3-8 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S. Kirihara and Y. Miyamoto: "Fabrication of epoxy/ceramic photonic crystals by streolithography"Ceramic Engineering and Science Proceeding. Vol. 21. 13-15 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S. Kirihara and Y. Miyamoto: "Prototyping of epoxy/ceramic photonic crystals by streolithography"Powder and Power Metallurgy. Vol. 47. 239-243 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S. Kirihara and Y. Miyamoto (Edited by S. Kawakami): "Application of Photonic Crystal Technology"Published by CMC Co.. 80-89 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Kirihara, Y.Miyamoto: "Fabrication of Ceramic/Polymer Photonic Crystals by Stereolithography and Their Microwave Properties"Journal of the American Ceramic Society. (In Printing).

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] S.Kirihara, Y.Miyamoto: "Fabrication of Electromagnetic Crystals with a Complete Diamond Structure by Stereolithography"Solid State Communications. Vol.121. 435-439 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 桐原聡秀, 宮本欽生: "光造形法によるセラミック/高分子系ダイヤモンド型フォトニック結晶の作製と構造制御"光学. 30・6. 381-385 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 桐原聡秀, 宮本欽生: "ミリ波通信用3次元フォトニック結晶の創製と応用"マテリアルインテグレーション. 14・8. 21-26 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 桐原聡秀, 宮本欽生: "三次元フォトニック結晶の構造制御と電磁波特性"マテリアルステージ. 1・11. 6-12 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 桐原聡秀, 宮本欽生: "光造形法"実験力学. 1・4. 30-31 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 桐原聡秀, 宮本欽生(川上彰二郎監修): "フォトニック結晶技術とその応用"シーエムシー出版. 80-89 (2002)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] S.Kirihara: "Fabrication of ceramic/epoxy photonic crystals by stereolithography"Ceramic Engineering and Science Proceedings. 21・4. 13-17 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Miyamoto: "Cybermaterials engineering : concept, processes and applications"Proceeding of 7th Annual International Conference on Composites Engineering. B11-B14 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] S.Kirihara: "Fabrication of ceramic/epoxy photonic crystals with graded lattice spacing by stereolithography"Proceeding of 6th International Symposium on Functionally Graded Materials. (印刷中). (2001)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] S.Kirihara: "Development of ceramic/epoxy photonic crystals by stereolithography"Proceeding of 2000 Powder Metallurgy World Congress. (印刷中). (2001)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Miyamoto: "Functionally Graded Materials in the 21th Century"Kluwer Academic Publishers. 6 (2001)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] S.Kirihara: "Fabrication of Ceramic/Epoxy Photonic Crystals by Stereolithography"Ceramic Engineering and Science Proceedings. (印刷中).

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] S.Kirihara: "Design and Fabrication of Ceramic/Epoxy Photonic Crystals for Millimeter-wave Control by Stereolithography"Proc. of Int'l Workshop on Photonic and Electromagnetic Crystal Structures. (印刷中).

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 桐原 聡秀: "光造型法によるセラミック/高分子系フォトニック結晶の試作"日本粉体粉末冶金協会誌. (印刷中).

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書

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公開日: 1999-04-01   更新日: 2016-04-21  

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