2004 Fiscal Year Annual Research Report
メタマテリアルミリ波アンテナを搭載したモバイルマイクロTAS実現のための基礎研究
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14205037
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
鷲津 正夫 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (10201162)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小寺 秀俊 京都大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20252471)
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| Keywords | メタマテリアル / 微小化学分析システム / ミリ波アンテナ / モバイル / マイクロTAS / 圧電材料 / 誘電泳動 / 液滴駆動 |
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| Research Abstract |
本研究の目的は,マイクロTASに必要なポンプ・フィルター・リアクター・センサー等をすべて同じ材料・同じ駆動原理で実現するために必要な要素技術開発を行うこと,また,エネルギーの供給と分析結果の取り出しを容易にするために,60GHz帯のミリ波を利用可能にすることである。そのために,ホトニックバンドギャップ的な発想により,ナノ誘電体材料を分散することにより全方向性ミリ波アンテナを実現するという,新たなナノ構造制御型マイクロ材料であるメタマテリアルの材料開発およびそれを利用したミリ波デバイスの開発を行う。開発したマイクロTASとミリ波デバイスを組み合わせることにより,容易に持ち歩くことができるマイクロTASを実現することができる。平成16年度においては,下記の結果を得た。
(1)進行波を利用したポンプのマイクロ化とそれとマイクロ流路の接続の方法について検討した。進行波用の圧電アクチュエータとして、櫛歯状にマイクロ加工したSUS基板を用い、その上に圧電薄膜であるPZTを成膜する方法を検討した。さらに作成した圧電アクチュエータを用いてマイクロポンプを作製した。また、マイクロチャネル内壁面のマイクロテクスチャーがマイクロ流路に与える影響について検討を行った。
(2)通信用のミリ波アンテナに関しては,アクチュエータを用いたアンテナでは構造が複雑になることから、誘電体に熱を与えることにより、誘電率を変化させ、それを摂動として与えることにより、放射方向を変えることが可能なミリ波アンテナを考案し、実験を用いてその有効性を示した。
(3)液体ハンドリングの方法として,溶液を液滴の形で扱い,これを基板上に配置した電極により駆動する新しいシステムを提案し,実験的に実証した。すなわち,非対称な魚の骨状の形状を持つ電極に,液滴表面の自由振動数の1/2の周波数の交流電圧を印加することにより,液滴を周期的に扁平化させ,この扁平化が電極に沿う方向に大きな変位をもたらすことを利用して,液滴を駆動するというものである。また,単なる平行ストリップ電極によって液滴を駆動するメカニズムとして,液滴の移動後に基板上に残る水分子の吸着層が電界をシールドすることにより,液滴を自己推進(self-propelling)的に駆動する現象を発見し,その微小化学分析システムへの応用を開発した。
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