メカノサーモロジー創成のための低温駆動型相変化マイクロアクチュエータの開発

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本課題では、金属絶縁体相変化二酸化バナジウム薄膜をベースとした低温駆動型相変化マイクロアクチュエータの開発を目的としている。二酸化バナジウム薄膜は相転移温度前後で巨大物性変化を示すことから工学的に注目されているが、微小熱エネルギーで駆動可能な二酸化バナジウムマイクロアクチュエータは開発されていない。本研究では、相変化特性を巧みに利用した低温駆動型相変化マイクロアクチュエータの設計・作製・評価の一連に取り組み、アクチュエータ材料としての二酸化バナジウム薄膜のポテンシャルを明らかにする。本年度は、応力が熱物性値である相転移温度と相転移モードの重要なパラメータになっていることを着目し、二酸化バナジウム薄膜相変化マイクロアクチュエータの基本設計を行った。設計にあたっては、熱膨張率・熱伝導率・ヤング率といった薄膜の熱機械物性を考慮して、二酸化バナジウム薄膜と組み合わせる金属ナノ薄膜材料を探索した。そして、熱機械連成有限要素解析を用いて、アクチュエータの幾何形状を決定した。また、微細加工技術を用いたアクチュエータ作製にも取り組み、スパッタ法による二酸化バナジウム薄膜の合成を試みた。スパッタ成膜におけるプロセス圧力と基板温度などのパラメータを変化させ、XRD・基板曲率法などを用いて多角的に膜質を評価した。さらには、本課題から派生的に発展した熱駆動マイクロアクチュエータの開発にも取り組み、当初の計画以上に研究が進展した。