| 研究課題/領域番号 |
17500339
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 桐蔭横浜大学 |
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研究代表者 |
竹内 真一 桐蔭横浜大学, 医用工学部, 助教授 (50267647)
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| 研究分担者 |
黒澤 実 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教授 (70170090)
川島 徳道 桐蔭横浜大学, 医用工学部, 教授 (90112888)
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| キーワード | 水熱合成法 / 超音波 / PZT / 超音波アレイプローブ / 超音波照射装置 / ハイドロフォン / BNT / PTFE |
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| 研究概要 |
圧電多結晶膜の材料特性の評価(圧電定数、弾性定数、誘電率、電気機械結合係数等)
水熱合成法で成膜した圧電多結晶膜の材料定数を測定した。測定に際しては、厚さ40mmのチタン基板に、水熱意合成法で15回から30数回PZTを成膜してバイモルフ振動子を作製した。その結果、出発原料に用いる酸化チタンとして平均粒径300nmのルチル型結晶を用いた場合は圧電定数d_<31>が10pm/V d_<33>が72pm/V、ヤング率は3X10^<10>N/m、非誘電率は940、電気機械結合係数k_tは21%であった。一方、平均粒径6nmのアナターゼ型酸化チタン結晶を用いた場合は、d_<31>が78pm/V d_<33>が44pm/V、ヤング率は0.7X10^<10>N/m、非誘電率は390、電気機械結合係数k_tは28%であった。測定結果は、PZTの膜厚や表面処理の有無にも依存するので、今後さらに詳細な検討が必要である。
超音波診断用の超小型超音波プローブの研究
(1)水熱合成時の強アルカリ、高温(150℃)、高圧(約4気圧)の環境かでもに対応可能なマスキング法について検討した結果、マスキング材としてテフロン系のPTFEを用いることが有効であることがわかった。
(2)ハイドロキシアパタイト基板上にスパッタ法によりチタンをス成膜して、フォトエッチングによりストリップ電極アレーとした。このチタン膜電極アレー上に水熱合成法でPZT多結晶膜を成膜して超音波診断装置用超小型一次元アレー超音波プローブのコア部分を作製した。
(3)直径0.6mmのチタンワイヤ上に水熱合成法でPZT多結晶膜を成膜して小型超音波プローブを作製して、反射法による受信波形とその周波数スペクトラムを測定し、中心周波数約20MHzで、80mm以上の高い距離分解能を有することがわかった
(4)直径0.3mmおよび0.6mmのチタンワイヤ上にPZT多結晶膜を成膜して超小型ニードル型ハイドロフォンを作製して、周波数1MHz以下から20MHz以上にわたって受波感度を有することがわかった。指向性に問題があったが、ハイドロフォンの先端形状を工夫することで解決した。
低浸襲治療用超音波照射装置の開発
直径0.125mm、0.3mmおよび0.6mmの細経チタンワイヤを音響導波路として用いこれらのワイヤの一端にPZT多結晶膜を成膜した低浸襲治療用超音波照射装置の機能モデルを作製して、チタンワイヤの多端面を水中に挿入して音響放射端から放射される超音波パルス波形の観測を行った。
非鉛系圧電多結晶膜の成膜技術
水熱合成法を用いて非鉛系圧電多結晶膜BNTを成膜するために、鉱化剤の種類と濃度及び出発原料の種類と濃度の検討を行ってきたが、結晶中のBiとNaの比を1:1に制御できずNaの比率が著しく少なく、圧電特性が同条件で成膜した水熱PZTの30%程度であると行った問題点がある。
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