生体内埋め込み駆動・発電デバイスのための無鉛圧電材料多層膜構造体の創製技術開発

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23360059
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 機械材料・材料力学
• 研究機関: 同志社大学
• 研究代表者: 仲町 英治 同志社大学, 生命医科学部, 教授 (60099893)
• 研究分担者: 剣持 貴宏 同志社大学, 生命医科学部, 准教授 (10389009)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• キーワード: 分子材料設計 / 創製プロセス最適化 / 圧電特性 / 生体適合 / 第一原理計算 / アクチュエータ / 発電デバイス / スパッタ成膜

研究概要

生体内埋め込み駆動・発電デバイス用生体適合圧電材料MgSiO3(MSO)多層膜構造体の開発を行い次の成果を得た.(1)第一原理計算によるTi添加MSO混晶の発見とマグネトロンスパッタによる成膜により,圧電定数d33=354.8pm/Vを得た.(2)10層MSO膜のスパッタ成膜に成功し,ポストアニール温度676度により,d33=406.1pm/Vを得た.(3)Si/Ti/Cu/MSOモノモルフ型カンチレバー駆動デバイス創製に成功した.(4)MSO・PVDF圧電ポリマー利用ハイブリッド振動発電デバイスを開発し,加速度4.5G,周波数47Hzにおいて113μVおよび1.29μWを得た.

研究成果

• [雑誌論文] Process Crystallographic Simulation for Biocompatible Piezoelectric Material Design and Generation (2013)
  • 著者名/発表者名: Nakamachi, E., Uetsuji, Y., Kuramae, H., Tsuchiya, K. and Hwang, H.
  • 雑誌名: Arch. Comput. Methods Engng.
  • DOI: DOI:10.1007/s11831-013-9084-6
• [雑誌論文] Three-Scale Structure Analysis Codeand Thin Film Generation of a New Biocompatible Piezoelectric Material MgSiO_3, Modern Aspects of Bulk Crystal and Thin Film Preparation (2012)
  • 著者名/発表者名: Hwang, H., Uetsuji, Y. and Nakamachi, E.
  • 雑誌名: InTech. Publisher 巻: Chap. 13
  • DOI: DOI:10.5772/30349
• [雑誌論文] Three-Scale Analysis of BaTiO_3 Piezoelectric Thin Films Fabrication Process and its Experimental Validations (2011)
  • 著者名/発表者名: Hwang, H., Uetsuji, Y., Katayama, T. and Nakamachi, E.
  • 雑誌名: Journal of Materials Science 巻: Vol.46, No.5 ページ: 1380-1387
• [雑誌論文] Development of a Micropump for Bio-MEMS Using a New Biocompatible Piezoelectric Material MgSiO_3 (2011)
  • 著者名/発表者名: Nakamachi, E., Hwang, H., Okamoto, N. and Morita, Y.
  • 雑誌名: J. Micro/Nanolith. MEMS MOEMS 巻: 10(3) ページ: 033013-1-7
  • DOI: DOI:10.1117/1.3624515
• [学会発表] Cristal Design and Generation of a New Biocompatible Piezoelectric Mixed Crystal - Ti Doped MgSiO_3 -Thin Film (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Nose, E. Nakamachi, Y. Uetsuji
  • 学会等名: Proc. of 35th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
  • 年月日: 20130700
• [学会発表] 高結晶化度MgSiO_3薄膜創製のためのポストアニール温度探索 (2013)
  • 著者名/発表者名: 宅見健一郎, 土谷明, 森田有亮, 仲町英治
  • 学会等名: 日本機械学会関西支部第88期定時総会講演論文集
  • 年月日: 20130300
• [学会発表] ユニモルフ圧電片持ち梁を用いた磁力誘起型低周波発電システムの開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 南庸介, 森田有亮, 仲町英治
  • 学会等名: 日本機械学会関西支部第87期定時総会講演会講演論文集
  • 年月日: 20120300
• [学会発表] 生体適合元素添加による高圧電特性MgSiO_3圧電混晶の創製 (2012)
  • 著者名/発表者名: 野瀬賢蔵, 仲町英治, 森田有亮
  • 学会等名: 日本機械学会関西支部第88期定時総会講演論文集
  • 年月日: 20120300
• [学会発表] First-Principles Study on Novel Lead-free Piezoelectric Materials (2011)
  • 著者名/発表者名: Uetsuji, Y., Tsuchiya, K. and Nakamachi, E.
  • 学会等名: Proc. of 2011 Smart Nano+Micro Materials and Devices, SPIE
  • 発表場所: Melbourne, Australia
  • 年月日: 20111200
• [学会発表] Development of Electric Power Generation System for Bio-MEMS Device by Using A New Bio-compatible Piezoelectric Material MgSiO_3 (2011)
  • 著者名/発表者名: Kuribayashi, H., Morita, Y. and Nakamachi, E.
  • 学会等名: Proc. of 2011 Smart Nano+Micro Materials and Devices, SPIE
  • 発表場所: Melbourne, Australia
  • 年月日: 20111200
• [学会発表] Design and Generation of a New Biocompatible Piezoelectric Material MgSiO_3 (2011)
  • 著者名/発表者名: Nakamachi, E. and Uetsuji, Y.
  • 学会等名: Proc. of ICAST2011, Int. Conf. Adaptive Struct. And Technol., Corf
  • 発表場所: Greece
  • 年月日: 20111000
• [学会発表] Development of Crystallographic Process Technology for Piezoelectric Actuator for Bio-MEMS Device (2011)
  • 著者名/発表者名: Nakamachi, E.
  • 学会等名: Plenary Lecture, Proc. of COMPLAS2011
  • 発表場所: Barcelona
  • 年月日: 20110900