圧電場を用いたニアフィールド顕微鏡(複素誘電率顕微鏡)の研究

利用压电场的近场显微镜（复介电常数显微镜）研究

• 批准号: 12750026
• 负责人: 近藤 淳
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Shizuoka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12750026/
• 关键词: エバネッセント圧電場; ニアフィールド顕微鏡; 弾性表面波; 音響電気相互作用; 液体フロー系; 自己較正型レシオメトリック法; 複素誘電率; イオン分布; 圧電結晶; 圧電場; 圧電ポテンシャル; 密度と粘度の分離

本研究は,圧電効果によって生じる圧電場を利用し,圧電結晶表面近傍の媒質を調べる顕微鏡の開発である.具体的には,弾性表面波(以下SH-SAW)伝搬に伴って発生する圧電ポテンシャルをプローブとし,伝搬面表面と接する媒質(特に液体)の情報を検出すること目的としている.液体中に含まれる情報を検出する手法として,自己較正型レシオメトリック法を考案した.これは,1つの過渡応答波形の立上り・立下り間の時間差を2つ取り出し,その比をとる方法である.この結果,実験環境に依存した情報を低減することができ,液体の情報のみを効果的に摘出することが可能となった.次に,システムの大幅な改良を行った.従来では1回の測定に50分かかる.そこで,複素誘電率に対して高感度な30MHZのSH-SAWセンサを利用し,流量を変えて測定した.また,フローセルの配置についても検討した.その結果,従来とは逆さまにした配置により,溶液内に含まれるイオンの情報が波形に表れることが分かった.例えば,市販のミネラルウォータの場合,ボトルの上側には1価のイオンが,また底部には2価のイオン多くあり,ボトル内で均一に分散していないことが判明した.このような現象は,センサ表面に局在したエバネッセント場である圧電場を用いることによりはじめて観測された.以上のように,本研究により,圧電場を用いたニアフィールド顕微鏡の有効性が確認された.今後は,本システムの実用化を目指した研究を行う.

这项研究正在开发一种显微镜，该显微镜使用压电效应产生的压电场来检查压电晶体表面附近的介质。具体而言，通过表面声波的传播（以下称为SH-SAW）产生的压电电势被用作检测与传播表面接触的介质（尤其是液体）的信息。设计了一种自校准比率方法，是一种检测液体中包含的信息的方法。这是一种提取单个瞬态响应波形和采用比率的上升和下降之间两个时间差异的方法。这导致减少了取决于实验环境的信息，因此可以有效提取液体信息。接下来，对系统进行了重大改进。过去，一个测量需要50分钟。 ，使用30MHz SH-SAW传感器对复合介电常数高度敏感，并以不同的流速测量进行测量。还检查了流动池的排列。结果，发现由于排列从传统的一个倒置，因此在波形中反映了溶液中包含的离子的信息。例如，在商业上可用的矿泉水的情况下，瓶顶的顶部有单价离子，而底部有许多二价离子，并且它们在瓶中并不均匀地分散。首次使用压电场（一个落在传感器表面上的渐射场）观察到了这种现象。如上所述，这项研究证实了使用压电场的近场显微镜的有效性。将来，我们将进行旨在实际应用该系统的研究。

项目成果

J. Kondoh et al.: "DEVELOPMENT OF SURFACE ACOUSTIC WAVE LIQUID SENSING SYSTEM AND APPLICATION FOR JAPANESE TEA MEASUREMENTS"2001 IEEE Frequency Control Symposium. 497-501 (2001)

J. Kondoh 等人：“表面声波液体传感系统的开发和日本茶叶测量的应用”2001 IEEE 频率控制研讨会。

近藤 他: "フロー系弾性表面波液体分析システムを用いたイオン溶液の測定-自己較正型レシオメトリック法による応答波形解析-"第46回音波の物性と化学討論会. 46. 25-27 (2001)

Kondo 等人：“使用基于流动的表面声波液体分析系统测量离子溶液 - 使用自校准比例法进行响应波形分析 -”第 46 届声波物理性质和化学研讨会。 46. 25-27 (2001)

J. Kondoh et al.: "FLOW INJECTION SYSTEM WITH SURFACE ACOUSTIC WAVE SENSOR FOR LIQUID MEASUREMENTS"9^<th> International Meeting on Chemical Sensors. (講演決定).

J. Kondoh 等人：“带有用于液体测量的表面声波传感器的流动注射系统”第 9 届化学传感器国际会议（已决定演示文稿）。

近藤淳 他: "すべり弾性表面波センサを用いた密度と粘度の分離計測"電子情報通信学会超音波研究会資料. US2000-67. 1-6 (2000)

Atsushi Kondo 等人：“使用剪切表面声波传感器单独测量密度和粘度”IEICE 超声研究组材料。

J.Kondoh et al.: "Estimation of Components and Concentration in Mixture Solutions of Electrolytes Using a Liquid Flow System with SH-SAW Sensor"Sensors and Actuators A. 83. 34-39 (2000)

J.Kondoh 等人：“使用带有 SH-SAW 传感器的液体流动系统估计电解质混合溶液中的成分和浓度”传感器和执行器 A. 83. 34-39 (2000)