| 研究課題/領域番号 |
22K04118
|
|---|
| 研究機関 | 山形大学 |
|---|
研究代表者 |
高橋 貞幸 山形大学, 学内共同利用施設等, 技術員 (10396559)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
|
| キーワード | 圧電高分子材料 / 空中超音波 / トランスデューサ / 高周波数 / 音響整合材 / 効率向上 / 非破壊検査 / 透過画像 |
|---|
| 研究実績の概要 |
空気中に於ける非接触による非破壊検査は、工学的にも医学的にも重要な課題の一つである。現在、空気中で行われる一般的な非破壊検査装置は、X線装置によるものが殆どである。X線は被爆や規制があるため簡単に設置できる装置ではない。そこで、本研究では超音波(高周波)による、非破壊検査装置を開発することである。
本年度は、主として圧電高分子材料であるP(VDF/TrFE)(75/25mol%)による高性能圧電膜の開発と、高周波数(2MHz)で動作する空中超音波用トランスデューサの高性能化に重点を置いた。この2つの項目を実現するために、①従来よりも長時間の熱処理を行った。これは、P(VDF/TrFE)の結晶化(電気機械結合係数値)を上昇させるためと、電極を兼ねる金属基板上に、圧電膜を十分に密着させるための工程である(金属基板と圧電膜間で少しでも剥離が発生すると性能が極度に低下する)。②前述の圧電膜を用いて、2MHz用空中超音波トランスデューサを開発し、強度値および位相差(10MHz検出タイプ)による集積回路（IC)の非接触による透過画像形成を試みた。高性能のトランスデューサの開発には、シリコーン系を含む様々なポリマー系の音響整合材として利用し、性能向上を調査した。
この結果、密着度の高いP(VDF/TrFE)が得られたが、予想よりも熱処理温度が多少高くなり、従来の圧電膜との大きな差は見い出せなかった。高性能のP(VDF/TrFE)トランスデューサ開発として、シリコーンゴム・ウレタン材などを音響整合層として用いたが、まだ、十分な性能の向上は見られていない。
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
今年度は、P(VDF/TrFE)溶液から圧電膜(200ミクロン)の高性能化を行い、圧電振動子板(直径23mm程度)の製作を行った。圧電膜の性能向上のため恒温槽の温度変化を調査し、いくつかの圧電膜の性能と熱処理との関係を調査した。この結果、従来よりも高性能の圧電振動子素子は開発できたが、殆どは従来の圧電振動子と同性能であった。現在のところ、熱処理温度の影響が大きいと考えられるが、従来のP(VDF/TrFE)圧電振動子と同程度である理由は未だ不明である。音響整合材は、最も有望視されたシリコーン材は予想と比較して高性能化は実現していない。この原因は、接着剤(シリコーン系)の厚み・粘性に伴う、接着力が大きく影響していると考えられる。他のウレタン材などによる大きな性能向上は見られなかった。
また、昨今の半導体不足により、導入予定の機材類が半年以上も遅れ、一部の研究計画に遅れが発生した。このため、本年度の進捗状況をやや遅れている、と判断した。
|
| 今後の研究の推進方策 |
今後(次年度)の研究の推進方策として
①P(VDF/TrFE)高性能化の研究過程で、ポリマー系の音響整合層(100ミクロン)を用いる場合、周波数2MHzで動作させるため、P(VDF/TrFE)圧電膜の厚みを200ミクロンで行っていた(音響整合層を用いない場合は、厚みは300ミクロン)。最近の研究で、P(VDF/TrFE)圧電膜の厚みが100ミクロンでも高性能P(VDF/TrFE)トランスデューサの開発が可能であることが、シミュレーションの結果から判明した。そこで、100ミクロン厚みのP(VDF/TrFE)圧電膜を開発し評価を行う予定である。
②上述の①で得られたP(VDF/TrFE)圧電振動子から、約2MHzで動作する超音波トランスデューサを開発し、実測とその評価を遅滞なく行う。
③2MHz用トランスデューサが完成次第、物質内部の透過画像形成を試みる。
|
