| 研究課題/領域番号 |
20F40073
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| 研究機関 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
吉川 元起 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, グループリーダー (70401172)
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| 研究分担者 |
YILDIRIM TANJU 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 外国人特別研究員
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| 研究期間 (年度) |
2020-11-13 – 2023-03-31
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| キーワード | 嗅覚センサ / ナノメカニカルセンサ / 動的モード / 共振 / 周波数 / 有限要素解析 / 応力 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、最近開発された膜型表面応力センサ（Membrane-type Surface stress Sensor, MSS）を用いた嗅覚センサの研究開発を行う。特に、農産物や食品の品質など、農業分野において現場で利用可能な嗅覚センサの実現に向けて、必要となる性能を満たすセンサシステムの研究開発を進める。従来のMSSの研究開発では、MSS素子表面に塗布された感応膜に、ニオイ成分が吸着した際に生じる表面応力を検出する「静的モード」と呼ばれる方式で測定を行っていたが、本研究では、MSS素子を共振させることで、ニオイ成分が吸着した際の重量の変化による共振周波数の変化を読み取る「動的モード」と呼ばれる方式での測定を併用することによって、独立に変化するパラメータからより多次元の情報を抽出し、従来の方式を大幅に超える感度や選択性を実現することを目的とする。2020年度は、動的モードでの測定を行うためのシステムの構築を行った。まず有限要素解析によって、共振周波数の、MSSの構成要素依存性を見積もった。特に高次モードにおいて、ブリッジ部での応力印加の様子を確認し、精度良く読み取るための条件を確認した。また、既設のデジタルホログラフィック顕微鏡（DHM）とストロボスコピックモジュールを組み合わせた測定により、それぞれのモードでの共振の様子を実験的に可視化することに成功した。さらに、ガスが感応膜に吸脱着する際の動的モード変化の様子を詳細に観察可能なガス流路系を構築し、各種感応膜が塗布された場合における動的モードの測定精度の検証を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
有限要素解析と実験の両面で動的モードの検証に成功し、さらに感応膜の形状と共振周波数との関係についても重要な知見が得られたため。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、動的モードと静的モードを組み合わせる事で、感度や選択性などのセンサの基本性能をどこまで向上させられるかについて、定量的な検証を進める。これに関しては、これまでに構築した有限要素解析モデルと共振周波数測定システムを用いることで、計算と実験の両面での実証を進める。また、構築される新たなセンサシステムを用いて、実際の現場で要求される条件を再現した環境における各種センサ性能を明らかにする。ここでは特に農産物サンプルの測定を行い、どこまでの精度で品質などを判別可能であるかを確認する。
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