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スマート工場内におけるリアルタイムモニタリング応用を最終目標とした、ゾルゲル複合体法により作製された多孔性圧電材料の分極条件最適化に関する研究を行いました。ゾルゲル複合体法により作製されたセンサは、薄膜形状でロバストであり、かつ曲面に適合可能なことから、工業 界での実用化が期待されており、作製を自動化したことにより、膜質の均質化は達成されましたが、特性にばらつきがあることが課題でした。
そこで分極時の出力電圧、分極雰囲気、帯電電位と圧電定数d33の相関性を調査することにより、デバイス実用化に向けて必要不可欠である、 品質保証を可能とすることを目標としています。本研究の目的は、ゾルゲル複合体圧電材料により作製された多孔性圧電材料に対する分極条件を最適化することで、一定膜厚における同一材料 の圧電定数d33の再現性を中心値プラスマイナス10％で達成し、スマート工場内におけるリアルタイムモニタリング用センサの実用化を加速さ せることにあります。近年、手動で行っていたスプレー工程を自動化したことにより、膜質の均質性は向上しましたが、実用化のためには圧電特性が良好なサンプルの再現性の向上が課題でした。
まず高温を用いた分極では、温度制御によるばらつきが生じるため、効率的に分極できるゾルゲル相の開発を行いました。その結果、酸化チタンゾルゲル相によるゾルゲル複合体において負電源を用いて分極を行うと耐熱性が向上すること、分極温度の低温化が判明しました。これは分極時と測定時の電界方向をそろえたこと、酸化チタンゾルゲル相により効率的に電界が印加できた結果と考えられます。次に分極時の雰囲気の影響を調べたところ、窒素を用いて湿度を下げた雰囲気化で行うことで、分極時に有害なオゾンも発生せず、圧電定数も良好な値で安定しました。その結果、d33中心値から10％以内という目標を達成しました。
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