6G向けポリマー／セラミックスハイブリッド発泡体材料のデータ駆動型開発基盤の構築

研究課題

研究課題/領域番号	23K23068
補助金の研究課題番号	22H01800 (2022-2023)
研究種目	基盤研究(B)
配分区分	基金 (2024) 補助金 (2022-2023)
応募区分	一般
審査区分	小区分26030:複合材料および界面関連
研究機関	国立研究開発法人産業技術総合研究所
研究代表者	阿多誠介国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (10709570)
研究分担者	小野巧国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究員 (20637243) 加藤悠人国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (70635820) 陶究国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究グループ長 (60333845)
研究期間 (年度)	2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス	交付 (2024年度)
配分額 *注記	15,990千円 (直接経費: 12,300千円、間接経費: 3,690千円) 2024年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円) 2023年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円) 2022年度: 10,010千円 (直接経費: 7,700千円、間接経費: 2,310千円)
キーワード	多孔質 / 低誘電材料 / 低誘電損失 / 高分子 / セラミックス / 誘電率 / 誘電正接 / 基板 / 6G / 低誘電 / 複合材料 / 多孔質材料 / フレキシブル基板 / シクロオレフィンポリマー / 酸化アルミ / 基板材料 / ６G / 移動通信システム / 高分子セラミックス複合材料 / 誘電損損失
研究開始時の研究の概要	本研究では、様々なポリマー・セラミックスハイブリットを作成し、炭酸ガスなどをポリマー相に溶解させ、急激に減圧することで、多孔質構造を形成する。セラミックス粒子の種類・形状・サイズなどの一次構造因子とセラミックスとポリマーのハイブリッド材料多孔質体の発泡径・発泡率との関係、および発泡体の比誘電率・誘電損失との関係を機械学習により解析し、6G に求められる比誘電率・誘電損失を実現するために必要な多孔質構造、およびその多孔質構造を実現するために必要なセラミックスとポリマーの組み合わせや発泡条件を明らかにする。
研究実績の概要	前年度までに、シクロオレフィンポリマーCOPと酸化アルミ（アルミナ）の複合化技術、成形加工技術の確率、および基本的な諸特性評価を実施した。本年度はCOPアルミナ複合材料の多孔質化に取り組んだ。多孔質化を行うことにより、誘電率や誘電正接が低下することを目的としている。多孔質化にあたり、発泡過程に供する試料の最適な試料サイズ（特に厚み）の最適化を進めた。これは、適切な多孔質化と多孔質化プロセスにおける試料の反りを最小限に抑制するために必要な工程となる。最適化した形状の試料について、超臨界CO2を用いた多孔質化を行った。多孔質化のプロセスでは、発泡時の超臨界CO2の圧力および、CO2を溶解させる温度を変えながら発泡処理を行い、基板側の発泡の状況を確認することにより、最適な発泡条件の探索を行った。発泡倍率については、温度と減圧速度を制御することである程度制御可能であることを確認した。発泡した試料（COP+アルミナ）は、回転式研磨機を用いて２００um厚の共振法の測定が可能な試料形状に加工し、誘電率、誘電正接の測定を行った。これにより、多孔質化による誘電率、誘電正接に対する影響について明らかにすることを試みた。具体的には、誘電率、誘電正接ともに空孔の形成により低下することが確認された。また、昨年度、アルミナの種類によっては誘電率が大きく上昇することについて原因を検討した。その結果、誘電率が上昇するアルミナには水和物のピークが観測された。水和物は高温でアニールすることにより消失させることが可能であることを確認した。
現在までの達成度 (区分)	現在までの達成度 (区分) 2: おおむね順調に進展している理由当初の研究計画に沿って、フィラーの水分の影響や多孔質化を進めており、十分なデータを取得することができた。一方で、年度後半に参画研究員の出向があり、多孔質化については若干の工数が増加することにより遅れが生じている。
今後の研究の推進方策	今後の研究計画としては、多孔質化により取得したデータの論文化を進める。更に機械学習による材料設計を行うため、機械学習を行うために必要なデータの収集を進め、そのデータを下に機械学習による検討に取り組む。また、移動通信体の基板として必要なビアの検討なども並行して行う。