圧電結晶の活性表面と弾性表面波の超長距離伝搬を利用した高感度極性ガスセンサ

• 研究課題/領域番号: 24686013
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 応用物理学一般
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 辻 俊宏 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70374965)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 24,960千円 (直接経費: 19,200千円、間接経費: 5,760千円); 2014年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2013年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円); 2012年度: 13,910千円 (直接経費: 10,700千円、間接経費: 3,210千円)
• キーワード: 圧電結晶 / 弾性表面波 / ボールSAWセンサ / 加工変質層 / 非晶質シリカ / 紫外線照射 / 微量水分 / 温度補償

研究成果の概要

圧電結晶の活性表面は極性ガスを検出するための弾性表面波センサの感応膜として用いると、低減衰であるために、感度の向上に有用であると考えられる。本申請課題では極性ガスとして工業的に重要な微量水分(<1ppm)を対象とし、水晶の活性表面の起源が非晶質の加工変質層であることを見出してゾルゲル反応で合成したシリカ膜により模擬し、SAWの著しい長距離伝搬が可能なボールSAWセンサに適用した場合に、これまでになく応答が高速で高感度な微量水分センサとして利用できる可能性を示した。

研究成果

• [雑誌論文] ボールSAWセンサを用いた小型・高速・高感度な微量水分計の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 辻俊宏、渡邊圭、東出祐介、大泉透、竹田宣生、赤尾慎吾、塚原祐輔、山中一司
  • 雑誌名: 圧電材料・デバイスシンポジウム2015講演論文集 巻: 2015 ページ: 107-112
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Temperature Compensation of Ball SAW Sensor by Two-Frequency Measurement Using Undersampling (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuji, T. Oizumi, N. Takeda, S. Akao, Y. Tsukahara, K. Yamanaka
  • 雑誌名: Proc. Symp. Ultrason. Electron. 巻: 35 ページ: 99-100
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Highly Sensitive Trace Moisture Ball Surface Acoustic Wave Sensor Using SiOx Film (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Hagihara, T. Tsuji, T. Oizumi, N. Takeda, S. Akao, T. Ohgi, K. Takayanagi, T. Yanagisawa, N. Nakaso, Y. Tsukahara, K. Yamanaka
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 53(7)
  • NAID: 210000144234
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Detection of Trace Water Vapor Using SiO<i>_x</i>-Coated Ball SAW Sensor (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Takayanagi, S. Akao, T. Yanagisaewa, N. Nakaso, Y. Tsukahara, S. Hagihara, T. Oizumi, N. Takeda, T. Tsuji, K. Yamanaka
  • 雑誌名: MATERIALS TRANSACTIONS 巻: 55 号: 7 ページ: 988-993
  • DOI: 10.2320/matertrans.I-M2014807
  • NAID: 130004455325
  • ISSN: 1345-9678, 1347-5320
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Highly Sensitive Ball Surface Acoustic Wave Hydrogen Sensor with Porous Pd-Alloy Film (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuji, R. Mihara, T. Saito, S. Hagihara, T. Oizumi, N. Takeda, T. Ohgi, T. Yanagisawa, S. Akao, N. Nakaso, K. Yamanaka
  • 雑誌名: MATERIALS TRANSACTIONS 巻: 55 号: 7 ページ: 1040-1044
  • DOI: 10.2320/matertrans.I-M2014816
  • NAID: 130004455338
  • ISSN: 1345-9678, 1347-5320
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] SiOx膜を用いたボールSAWセンサによる高感度微量水分測定システムの開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 萩原啓、大場俊弘、小清水秀和、辻俊宏、大泉透、竹田宣生、赤尾慎吾、大木恒郎、高柳浩介、柳沢恭行、中曽教尊、塚原祐輔、山中一司
  • 雑誌名: 圧電材料・デバイスシンポジウム2014 講演論文集 巻: 2014 ページ: 47-52
• [雑誌論文] Highly Sensitive Trace Moisture Ball SAW Sensor Using SiOx film (2013)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Hagihara, Toshihiro Tsuji, Toru Oizumi, Nobuo Takeda, Shingo Akao, Tsuneo Ohgi, Kosuke Takayanagi, Takayuki Yanagisawa, Noritaka Nakaso, Yusuke Tsukahara, Kazushi Yamanaka
  • 雑誌名: Proceedings of Symposium on Ultrasonic Electronics 巻: 34 ページ: 381-382
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fast and Sensitive Ball SAW Hydrogen Sensor with Porous Pd-Pt Alloy film (2013)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Tsuji, Satoshi Hagihara, Toru Oizumi, Nobuo Takeda, Tsuneo Ohgi, Takayuki Yanagisawa, Shingo Akao, Noritaka Nakaso, Kazushi Yamanaka
  • 雑誌名: Proceedings of Symposium on Ultrasonic Electronics 巻: 34 ページ: 155-156
  • 査読あり
• [雑誌論文] Measurement of Trace Moisture Using Ball SAW Sensor (2012)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Hagihara, Toshihiro Tsuji, Toru Oizumi, Nobuo Takeda, Shingo Akao, Tsuneo Ohgi, Takayuki Yanagisawa, Noritaka Nakaso, Kazushi Yamanaka
  • 雑誌名: Proceedings of Symposium on Ultrasonic Electronics 巻: 33 ページ: 439-440
  • 査読あり
• [雑誌論文] Frequency Dependence Analysis of Ball SAW Sensor's Response (2012)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Tsuji, Satoshi Hagihara, Toru Oizumi, Nobuo Takeda, Shingo Akao, Kosuke Takayanagi, Tsuneo Ohgi, Takayuki Yanagisawa, Noritaka Nakaso, Kazushi Yamanaka
  • 雑誌名: Proceedings of Symposium on Ultrasonic Electronics 巻: 33 ページ: 49-50
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of High Precision Metal Micro-Electro-Mechanical-Systems Column for Portable Surface Acoustic Wave Gas Chromatograph (2012)
  • 著者名/発表者名: Iwaya Takamitsu, Akao Shingo, Sakamoto Toshihiro, Tsuji Toshihiro, Nakaso Noritaka, Yamanaka Kazushi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 51 号: 7S ページ: 07GC24-07GC24
  • DOI: 10.1143/jjap.51.07gc24
  • NAID: 210000140947
  • 査読あり
• [雑誌論文] Continuous Measurement of Multiple Gases Using Ball Surface Acoustic Wave Gas Chromatograph (2012)
  • 著者名/発表者名: Takamitsu IWAYA, Shingo AKAO, Toshihiro SAKAMOTO, Toshihiro TSUJI, Noritaka NAKASO, Kazushi YAMANAKA
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 51 号: 7S ページ: 07GC22-07GC22
  • DOI: 10.1143/jjap.51.07gc22
  • NAID: 210000140945
  • 査読あり
• [学会発表] ゾルゲルSiOx膜を用いたボールSAW微量水分センサの低ガス流量 における感度 (2015)
  • 著者名/発表者名: 辻 俊宏, 渡邊 圭, 東出 祐介, 大泉 透, 竹田 宣生, 赤尾 慎吾, 塚原 祐輔, 山 中 一司
  • 学会等名: 応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学(神奈川)
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [学会発表] アンダーサンプリングを用いた実用的ボールSAWセンサ (2015)
  • 著者名/発表者名: 辻 俊宏, 大泉 透, 竹田 宣生, 赤尾 慎 吾, 塚原 祐輔, 山中 一司
  • 学会等名: 応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学(神奈川)
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [学会発表] ボールSAWセンサを用いた小型・高速・高感度な微量水分計の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 辻俊宏、渡邊圭、東出祐介、大泉透、竹田宣生、赤尾慎吾、塚原祐輔、山中一司
  • 学会等名: 圧電材料・デバイスシンポジウム
  • 発表場所: 東北大学(仙台)
  • 年月日: 2015-02-18 – 2015-02-19
• [学会発表] Temperature compensation of ball SAW sensor by two-frequency measurement using undersampling (2014)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Tsuji, Toru Oizumi, Nobuo Takeda, Shingo Akao, Yusuke Tsukahara, Kazushi Yamanaka
  • 学会等名: Symposium on Ultrasonic Electronics
  • 発表場所: 明治大学(東京)
  • 年月日: 2014-12-03 – 2014-12-05
• [学会発表] Vacuum pressure sensor available beyond atmospheric pressure using leaky attenuation of ball surface acoustic wave sensor (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuji, T. Oizumi, N. Takeda, T. Ohgi, T. Yanagisawa, S. Akao, N. Nakaso, K. Yamanaka
  • 学会等名: IEEE IUS
  • 発表場所: 米国シカゴ
  • 年月日: 2014-09-03 – 2014-09-06
• [学会発表] Trace moisture measurement of 10 nmol/mol using a 3mm diameter silica coated ball SAW sensor (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Yamanaka, S. Hagihara, T. Tsuji, T. Oizumi, N. Takeda, S. Akao, T. Ohgi, K. Takayanagi, T. Yanagisawa, N. Nakaso, Y. Tsukahara
  • 学会等名: IEEE IUS
  • 発表場所: 米国シカゴ
  • 年月日: 2014-09-03 – 2014-09-06
• [学会発表] 微量水分計測のためのボールSAＷセンサシステムの高度化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 辻俊宏、萩原啓、大場俊弘、小清水秀和、大泉透、竹田宣生、赤尾慎吾、大木恒郎、高柳浩介、柳沢恭行、中曽教尊、塚原祐輔、山中一司
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川県
• [学会発表] SiOx膜を用いたボールSAWセンサによる高感度微量水分測定システムの開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 萩原啓、大場俊弘、小清水秀和、辻俊宏、大泉透、竹田宣生、赤尾慎吾、大木恒郎、高柳浩介、柳沢恭行、中曽教尊、塚原祐輔、山中一司
  • 学会等名: 圧電材料・デバイスシンポジウム2014
  • 発表場所: 宮城
• [学会発表] ボールSAWセンサを用いた微量水分の高感度測定 (2013)
  • 著者名/発表者名: 萩原啓、斎藤智弘、三原亮插.大泉透、竹田宣生、赤尾慎吾、大木恒郎、柳沢恭行、高柳浩介、中曽教尊、辻俊宏、塚原祐輔、山中一司
  • 学会等名: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川
  • 年月日: 2013-03-29
• [学会発表] Pd-Pt合金膜を用いたボールSAWセンサによる水素の高感度計測 (2013)
  • 著者名/発表者名: 辻俊宏、三原亮祐、斎藤智弘、萩原啓、大泉透、竹田宣生、大木恒郎、柳沢恭行、赤尾慎吾、中曽教尊、山中一司
  • 学会等名: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川
  • 年月日: 2013-03-29
• [学会発表] Pd-Pt合金膜を用いたボールSAWセンサによる水素の高感度計測 (2013)
  • 著者名/発表者名: 辻俊宏、三原亮祐、斎藤智弘、萩原啓、大泉透、竹田宣生、大木恒郎、柳沢恭行、赤尾慎吾、中曽教尊、山中一司
  • 学会等名: 圧電材料.デバイスシンポジウム2013
  • 発表場所: 宮城
  • 年月日: 2013-01-28
• [学会発表] Highly Sensitive Trace Moisture Ball SAW Sensor Using SiOx film (2013)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Hagihara, Toshihiro Tsuji, Toru Oizumi, Nobuo Takeda, Shingo Akao, Tsuneo Ohgi, Kosuke Takayanagi, Takayuki Yanagisawa, Noritaka Nakaso, Yusuke Tsukahara, Kazushi Yamanaka
  • 学会等名: The 34th Symposium on Ultrasonic Electronics USE2013
  • 発表場所: 京都
• [学会発表] Fast and Sensitive Ball SAW Hydrogen Sensor with Porous Pd-Pt Alloy film (2013)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Tsuji, Satoshi Hagihara, Toru Oizumi, Nobuo Takeda, Tsuneo Ohgi, Takayuki Yanagisawa, Shingo Akao, Noritaka Nakaso, Kazushi Yamanaka
  • 学会等名: The 34th Symposium on Ultrasonic Electronics USE2013
  • 発表場所: 京都
• [学会発表] Response of quartz ball surface acoustic wave (SAW) sensor (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazushi Yamanaka, Satoshi Hagihara, Tomohiro Saito, Toru Oizumi, Nobuo Takeda, Shingo Akao, Kosuke Takayanagi, Takayuki Yanagisawa, Noritaka Nakaso, Yusuke Tsukahara, Toshihiro Tsuji
  • 学会等名: 2013 Joint UFFC, EFTF, and PFM Symposium
  • 発表場所: チェコ共和国, プラハ
• [学会発表] Fast and Sensitive H2 detection by ball surface acoustic wave (SAW) sensor with porous Pd-Pt alloy film (2013)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Tsuji, Ryosuke Mihara, Tomohiro Saito, Satoshi Hagihara, Toru Oizumi, Nobuo Takeda, Tsuneo Ohgi, Takayuki Yanagisawa, Shingo Akao, Noritaka Nakaso, Kazushi Yamanaka
  • 学会等名: 2013 Joint UFFC, EFTF, and PFM Symposium
  • 発表場所: チェコ共和国, プラハ
• [学会発表] Detection of Trace Water Vapor Using SiOx-Coated Ball SAW Sensor (2013)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Takayanagi, Tsuneo Ohgi, Shingo Akao, Noritaka Nakaso, Yusuke Tsukahara, Yoshikazu Ohara, Toshihiro Tsuji, Kazushi Yamanaka
  • 学会等名: 3rd International Symposium on Laser Ultrasonics and Advanced Sensing
  • 発表場所: 神奈川県
• [学会発表] Meander Propagation Route of Suface Acoustic Wave on a Trigonal Crystal Ball Observed Using Non Contact electrodes (2013)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Yanagisawa, Tsuneo Ohgi, Shingo Akao, Noritaka Nakaso, Yusuke Tsukahara, Yoshikazu Ohara, Toshihiro Tsuji, Kazushi Yamanaka
  • 学会等名: 3rd International Symposium on Laser Ultrasonics and Advanced Sensing
  • 発表場所: 神奈川県
• [学会発表] Measurement of trace water vapor using ball surface acoustic wave (SAW) sensor (2013)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Hagihara, Tomohiro Saito, Rosuke Mihara, Toru Oizumi, Nobuo Takada, Shingo Akao, Tsuneo Ohgi, Kosuke Takayanagi, Takayuki Yanagisawa, Noritaka Nakaso, Toshihiro Tsuji, Kazushi Yamanaka
  • 学会等名: 3rd International Symposium on Laser Ultrasonics and Advanced Sensing
  • 発表場所: 神奈川県
• [学会発表] Highly Sensitive Ball SAW Hydrogen Sensor with Porous Pd Alloy film (2013)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Tsuji, Rosuke Mihara, Tomohiro Saito, Satoshi Hagihara, Toru Oizumi, Nobuo Takeda, Tsuneo Ohgi, Takayuki Yanagisawa, Shingo Akao, Noritaka Nakaso, Kazushi Yamanaka
  • 学会等名: 3rd International Symposium on Laser Ultrasonics and Advanced Sensing
  • 発表場所: 神奈川県
• [学会発表] Measurement of Trace Moisture Using Ball SAW Sensor (2012)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Hagihara, Toshihiro Tsuji, Toru Oizumi, Nobuo Takeda, Shingo Akao, Tsuneo Ohgi, Takayuki Yanagisawa, Noritaka Nakaso, Kazushi Yamanaka
  • 学会等名: 第33回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム
  • 発表場所: 千葉
  • 年月日: 2012-11-15
• [学会発表] Frequency Dependence Analysis of Ball SAW Sensor's Response (2012)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Tsuji, Satoshi Hagihara, Toru Oizumi, Nobuo Takeda, Shingo Akao, Kosuke Takayanagi, Tsuneo Ohgi, Takayuki Yanagisawa, Noritaka Nakaso, Kazushi Yamanaka
  • 学会等名: 第33回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム
  • 発表場所: 千葉
  • 年月日: 2012-11-13
• [学会発表] Measurement of Trace Moisture by Differential Operation of Dual Ball SAW Sensors (2012)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Tsuji, Satoshi Hagihara, Shingo Akao, Tsuneo Ohgi, Takayuki Yanagisawa, Noritaka Nakaso, Kazushi Yamanaka
  • 学会等名: 2012 IEEE International Ultrasonic Symposium (IUS)
  • 発表場所: ドイツ、ドレスデン
  • 年月日: 2012-10-09
• [学会発表] Continuous Monitoring of Multiple-Gas Concentrations Using Ball SAW Gas (2012)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Hagihara, Tosihiro Tsuji, Toru Oizumi, Shingo Akao, Kosuke Takayanagi Tsuneo Ohgi, Takayuki Yanagisawa, Noritaka Nakaso, Kazushi Yamanaka
  • 学会等名: 2012 IEEE International Ultrasonic Symposium (IUS)
  • 発表場所: ドイツ、ドレスデン
  • 年月日: 2012-10-09
• [図書] Advance in Acoustic Microscory and High Resolution Imaging 12 Ultrasonic atomic force microscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazushi Yamanaka, Toshihiro Tsuji
  • 出版者: Wiley-VCH
• [図書] ULTRASONIC ATOMIC FORCE MICROSCOPY Characterization of MATERIALS vol.3 (2012) (2012)
  • 著者名/発表者名: Kazushi Yamanaka, Toshihiro Tsuji
  • 出版者: Springer
• [図書] Acoustic Scanning Probe Microscopy Chapter6 Ultrasonic Atomic Force Microscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: Kazushi Yamanaka, Toshihiro Tsuji
  • 出版者: Springer
• [備考] http://www.material.tohoku.ac.jp/~hyoka/lab.html
• [備考]
  • URL: http://www.material.tohoku.ac.jp~hyoka/database_year_j.html
• [産業財産権] 簡易型電気信号処理装置 (2014)
  • 発明者名: 山中一司、辻俊宏、大泉透
  • 権利者名: 山中一司、辻俊宏、大泉透
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2014-241817
  • 出願年月日: 2014-11-28
• [産業財産権] 水分濃度センサ (2013)
  • 発明者名: 高柳浩介、塚原祐輔、山中一司、辻俊宏
  • 権利者名: 凸版印刷株式会社、国立大学法人東北大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2013-130728
  • 出願年月日: 2013-06-21
• [産業財産権] ガスセンサ (2012)
  • 発明者名: 辻俊宏、山中一司、小原良和、坂本俊宏、岩谷隆光
  • 権利者名: 国立大学法人東北大学
  • 出願年月日: 2012-12-06