液晶と導電性高分子膜による高機能ミリ波制御素子の創製

使用液晶和导电聚合物薄膜创建高性能毫米波控制装置

基本信息

批准号：
21K04205
负责人：
田中将樹
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Akita National College of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04205/
关键词：
ミリ波液晶導電性高分子膜

项目摘要

本研究課題の目的は、ミリ波システムの課題である小型・軽量、加工性、低消費電力、低コスト、省スペースを解決するために、液晶と導電性高分子膜を組み合わせたミリ波制御素子の新しい製作方法と新規構造を創製することである。電極材料として導電性高分子膜をミリ波に適用するため、導電性高分子であるポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）／ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）膜のミリ波透過特性の測定を試みた。具体的な数値目標として透過率５０～７０％を目標とした。基板材料としてガラス、ＰＥＴ、ＰＣ（ポリカーボネート）の樹脂材料を使用し、バーコートによりＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの塗布を行った。表面処理としてケミカルエッチングを施すことで、製膜の安定化を行った。表面処理、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ濃度の調整の最適化を試み、表面抵抗８０～１５０Ω／ｓｑ程度、光透過率８０～９０％の比較的低抵抗な透明導電膜が得られた。試作した導電膜の７５ＧＨｚミリ波透過率は３０～５０％程度となった。ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを塗布したＰＥＴおよびＰＣ基板により、液晶セルを試作し、光透過率およびミリ波透過率の測定を行った。セル厚１１μｍのＰＥＴ基板による液晶セルで２５％程度、ＰＣ基板による液晶セルで５０％程度の光透過率が得られた。また、セル厚２００μｍのＰＥＴ基板による液晶セルで７５ＧＨｚミリ波で３０％程度の透過率が得られた。また、ミリ波を制御する素子への適用を考え、ミリ波帯フォトニック結晶構造の設計・試作を行った。液晶を封入して試作したＰＥＴ基板により電圧を印加してミリ波透過率への影響を確認した。

该研究项目的目的是开发一种结合液晶和导电聚合物薄膜的毫米波控制元件，以解决毫米波系统尺寸小、重量轻、可加工性、低功耗、低成本等挑战，并节省空间。目标是创造新的制造方法和新的结构。为了将导电聚合物膜作为毫米波电极材料应用，我们测试了导电聚合物聚(3,4-乙撑二氧噻吩)/聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)膜的毫米波传输特性。具体的数值目标是透射率为50%至70%。以玻璃、PET、PC（聚碳酸酯）树脂材料为基材，采用棒涂法涂布PEDOT/PSS。通过应用化学蚀刻作为表面处理，使成膜稳定。通过尝试优化表面处理和PEDOT/PSS浓度调节，获得了表面电阻约为80至150Ω/sq、透光率为80至90%的相对低电阻的透明导电膜。原型导电膜的75GHz毫米波透过率约为30%至50%。使用涂有PEDOT/PSS的PET和PC基板制作液晶盒原型，并测量透光率和毫米波透过率。使用单元厚度为11μm的PET基板的液晶单元获得约25％的透光率，并且使用使用PC基板的液晶单元获得约50％的透光率。此外，使用单元厚度为200μm的PET基板的液晶单元在75GHz毫米波下获得约30％的透射率。我们还设计并制作了毫米波段光子晶体结构的原型，考虑到其在控制毫米波的设备中的应用。使用填充有液晶的原型PET基板施加电压，并确认对毫米波透射率的影响。