【研究領域課題番号】19K21958 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

水熱合成法 / 超音波アシスト / チタン酸ジルコン酸鉛 / エピタキシャル薄膜 / エピタキシャル / 強力超音波 / エピタキシャル成長 / 厚膜化 / PZT単結晶

【研究成果の概要】

水熱合成法は、他の合成法と比較して極めて低温である150℃の反応温度で高品質な薄膜形成が可能である。本研究では、圧電材料として重要なチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)のエピタキシャル薄膜を独自開発した超音波アシスト水熱合成法によって合成することで厚膜化を試みた。超音波照射時間や冷却時間、STO単結晶基板の保持位置などの検討を行うことで、超音波照射を行わない場合と比較して約10倍の厚さとなる9.4ミクロン厚の表面が平滑なエピタキシャルPZT厚膜を得ることに成功した。

【研究の社会的意義】

チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)は、圧電材料として最も重要なものですが、単結晶化が極めて困難です。本研究では水熱合成反応が高品質エピタキシャル薄膜を得ることができることに注目し、独自開発した超音波アシスト法を導入することで、この厚膜化を試みました。その結果、薄膜としては非常に膜厚のある9.4ミクロン厚を実現することに成功しました。このプロセスをさらに改良して厚膜化することによりPZT単結晶体としての合成を実現することができれば、圧電材料研究に多大な貢献ができることと期待されます。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2019-06-28 - 2022-03-31

【配分額】6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)

【研究分野】医用システム

【研究領域課題番号】17K01427 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

超音波 / 高周波 / 非線形音響 / 圧電体 / 圧電結晶膜 / 圧電 / 大振幅 / 強力超音波 / KNbO3 / エピタキシャル成長 / 集束 / 高出力 / 圧電縦効果 / 高周波超音波 / トランスデューサ / 圧電膜 / PbTiO3 / 超音波トランスデューサ / 薄膜 / 厚膜 / 水熱合成法 / 治療 / 圧電結晶 / 非線形

【研究成果の概要】

本研究グループは強力超音波の連続的な放射を目的として、エピタキシャルKNbO3膜を用いたHF帯、VHF帯用凹面型超音波トランスデューサの開発を行った。試作した超音波トランスデューサを用いて、水中にて5MHz～20MHzで4MPaを超える送波音圧の測定および音響的な非線形現象の観測を行った。高周波数帯においてこのような非線形音響の観測は未だ例を見ないのもである。

【研究の社会的意義】

試作した圧電結晶膜超音波トランスデューサを用いて、水中にて5MHz～20MHzにて、マイクロストリーミング、マイクロバブル、ナノバブルの発生、キャビテーションの発生、衝撃波の観察とそれによる音響化学反応の観察を行った。10MHzを超える周波数帯では上記のような非線形音響の観察例の報告は非常に少ないのが現状であるが、本研究により高周波での非線形音響現象用超音波トランスデューサの提案がなされた。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2017-04-01 - 2021-03-31

【配分額】4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)