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アイテム
SAW Deviceを応用した電子材料特性の非接触計測技術 ―Graphene/SiO2/Si積層体の外部電界による結合特性計測―
https://doi.org/10.18997/00008003
https://doi.org/10.18997/00008003eba9f330-eaa1-4fed-a0a1-9c76ea374626
| 名前 / ファイル | ライセンス | アクション |
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kou_k_496.pdf (3.1 MB)
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| アイテムタイプ | 学位論文 = Thesis or Dissertation(1) | |||||||||
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| 公開日 | 2021-01-05 | |||||||||
| 資源タイプ | ||||||||||
| 資源タイプ識別子 | http://purl.org/coar/resource_type/c_db06 | |||||||||
| 資源タイプ | doctoral thesis | |||||||||
| タイトル | ||||||||||
| タイトル | SAW Deviceを応用した電子材料特性の非接触計測技術 ―Graphene/SiO2/Si積層体の外部電界による結合特性計測― | |||||||||
| 言語 | ja | |||||||||
| 言語 | ||||||||||
| 言語 | jpn | |||||||||
| 著者 |
大西, 孝一
× 大西, 孝一
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| 抄録 | ||||||||||
| 内容記述タイプ | Abstract | |||||||||
| 内容記述 | Grapheneを初めとするナノ炭素系材料は、電動車両開発に注目されている。例えば、次世代リチウムイオン電池の電極材料として、酸化還元反応効率を向上させるために、ナノ多孔質Graphene材料が期待されている。また、リチウムイオン電池の充電時間制約を解消するためにも、酸化Graphene電気二重層キャパシタの技術開発が行われている。しかし、Graphene等の炭素系材料は結晶がナノサイズで、単原子層まで薄く、原子構造不連続且つ構成原子がほぼ表面にある特徴から、その電気的特性の評価は、従来の電極を用いる方法は適用できなくなり、無電極・非接触・大面積評価法の新規開発は重要な課題となっている。一方、これらの新技術の顕在化に伴い、評価に必要な新計測技術の要求が高まるが、一般に新技術顕在化の速度に比べて計測技術の開発には時間がかかるため、他の技術分野で実用化した計測技術を拡張適用して、効率良く評価法新規開発を実現したい。本研究では、次世代自動車用電気材料として期待されるGrapheneと酸化シリコンおよびシリコンの積層物の電気特性計測技術の開発を目指し、技術分野横断で計測技術を活用する。具体的には、車両運動制御技術分野で実用化した計測技術である表面弾性波（Surface Acoustic Wave : SAW）素子をセンシングに応用し、音・振動技術分野で活用する信号処理技術を組み合わせて、無電極・非接触の大面積Graphene材料電気特性評価システムを構築した。本論文は6章で構成する。第１章では、自動車の計測技術動向と戦略について述べる。未来の自動車に直面する環境問題、エネルギー問題、交通渋滞による経済損失問題、交通事故問題などの従来の問題に加え、5G時代の車両電動化及び自動運転などにおける計測技術新規開発の必要性と目標についても述べる。第2章では、今回の研究へ応用する車両運動性能技術分野向けに開発した計測技術と、音・振動技術分野向けに開発した計測技術について述べる。前者の技術ストックはSAW素子の動作の理解であり、後者はヒルベルト変換の特徴である。第3章では、Graphene電気特性計測原理について述べる。材料としての特徴を概観し、自動車材料開発で必要とされる電流特性、電界遮蔽特性、材料の結晶構造特性についてSAWと材料との相互作用について整理する。第4章では、今回構築した計測系における試料、SAW素子、エキサイター、ロガー/信号処理、冷凍機/真空ポンプ/チャンバーのそれぞれについて述べる。また、計測系の精度向上に向けて、アナログ回路インピーダンスマッチング、振幅検出信号処理、遅延時間検出信号処理のそれぞれについて考察する。本研究の特徴として、Grapheneを電池の電極材料として産業応用のことを想定して、ミクロな材料特性計測だけではなくマクロに大面積のGraphene電極特性を計測するための計測技術を提案する。このために大面積のSAWデバイスを用いてSAWの減衰および遅延時間を計測したが、特に遅延時間計測において、時間分解能を向上させる計測系を考案し、初めて遅延時間に基づくGraphene電気特性の分析に成功した。第5章では、各種Graphene試料の計測結果について考察する。まず、SAWの振幅減衰に着目し、SAW素子の基本特性の計測、シリコン支持基板の基本特性の計測、Graphene1層の計測、Graphene2層の計測、Graphene5層の計測結果を示し、Graphene結晶粒サイズを推定する処理を提案する。次に、SAWの遅延に着目し、SAW素子の遅延時間の計測、シリコン支持基板の遅延時間の計測、Graphene1層～5層試料の遅延時間の計測結果を示し、これらのデータからGrapheneの電界遮蔽効果が観測できることを考察する。最後に第6章で、本研究の結果をまとめると共に今回、技術分野横断で開発した無電極・非接触・大面積Graphene計測技術体系の重要性を述べる。また、後続研究として、周波数可変のSAW素子による計測系の検討や、SAW素子にGraphene薄膜を接触させて機械的摂動を応用する計測系の検討についても触れる。 | |||||||||
| 目次 | ||||||||||
| 内容記述タイプ | TableOfContents | |||||||||
| 内容記述 | 第1章 序論||第2章 SAW計測の技術開発||第3章 Graphene||第4章 計測系の構築||第5章 計測結果と考察||第6章 まとめ | |||||||||
| 備考 | ||||||||||
| 内容記述タイプ | Other | |||||||||
| 内容記述 | 九州工業大学博士学位論文 学位記番号：工博甲第496号 学位授与年月日：令和2年3月25日 | |||||||||
| キーワード | ||||||||||
| 主題Scheme | Other | |||||||||
| 主題 | 計測 | |||||||||
| キーワード | ||||||||||
| 主題Scheme | Other | |||||||||
| 主題 | 表面弾性波 | |||||||||
| キーワード | ||||||||||
| 主題Scheme | Other | |||||||||
| 主題 | グラフェン | |||||||||
| キーワード | ||||||||||
| 主題Scheme | Other | |||||||||
| 主題 | 大面積 | |||||||||
| キーワード | ||||||||||
| 主題Scheme | Other | |||||||||
| 主題 | 自動車 | |||||||||
| アドバイザー | ||||||||||
| 孫, 勇 | ||||||||||
| 学位授与番号 | ||||||||||
| 学位授与番号 | 甲第496号 | |||||||||
| 学位名 | ||||||||||
| 学位名 | 博士（工学） | |||||||||
| 学位授与年月日 | ||||||||||
| 学位授与年月日 | 2020-03-25 | |||||||||
| 学位授与機関 | ||||||||||
| 学位授与機関識別子Scheme | kakenhi | |||||||||
| 学位授与機関識別子 | 17104 | |||||||||
| 学位授与機関名 | 九州工業大学 | |||||||||
| 学位授与年度 | ||||||||||
| 内容記述タイプ | Other | |||||||||
| 内容記述 | 令和元年度 | |||||||||
| 出版タイプ | ||||||||||
| 出版タイプ | VoR | |||||||||
| 出版タイプResource | http://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85 | |||||||||
| アクセス権 | ||||||||||
| アクセス権 | open access | |||||||||
| アクセス権URI | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 | |||||||||
| ID登録 | ||||||||||
| ID登録 | 10.18997/00008003 | |||||||||
| ID登録タイプ | JaLC | |||||||||
