700. 液体ヘリウム温度における銅の抵抗率
Date: Thu, 15 Dec 2005 16:47:47 +0900
Q: はじめまして。名古屋大学３年電気工学コース、山口竜太郎といいます。
現在超伝導の実験を行っており、冷却にはLHeをメインに用いています。
そこで質問なのですが、液体ヘリウム温度付近において銅の抵抗率は どのように振舞うのでしょうか？１００Kあたりまでは直線的に減少してい くことはわかるのですが、そこからも直線的に減少すると考えると抵抗率は ゼロになることになってしまいます。どのように考えればよいか、教えてください。
よろしくお願いします。
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Date: Fri, 16 Dec 2005 01:21:54 +0900
A: 山口君、佐藤勝昭です。
一般に金属の電気抵抗率ρは、格子振動による散乱に基づく抵抗率をρL、残留抵抗
ρiとするとρ=ρL＋ρi
と書けます。ρLは高温でTに比例します。従って、
ρ=ρi＋aT
と書けます。これをマチーセンの法則と言います。
温度を下げていくと抵抗率は温度とともに下がりますが、あるところで曲がって一定値 ρiになります。残留抵抗は不純物の量に関係します。
図はカリウムの抵抗率の温度変化です。（佐藤・越田「応用電子物性工学」(コロナ社) p16）
純度の高い銅試料では、残留抵抗率ρiは室温でのρの10^-6というわずかな値しかもち ませんが、20ppmの不純物を入れると室温のρの10^-3という値をとります。
また鉄など遷移金属を含む場合、温度を下げていくとρはいったん極小値をとり、低温 側で急に立ち上がります。これは近藤効果という物理現象によって説明されています。
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Date: Fri, 16 Dec 2005 13:21:39 +0900
AA: 回答ありがとうございました。これからの実験の考察に 役立てたいと思います。
山口竜太郎
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701. 密閉したプラスチック容器の空気圧による変形
Date: Mon, 19 Dec 2005 23:52:52 -0500
Q: Ｎ社Ｋです。(匿名希望) 筐体設計を担当しています。初めての質問です。
密閉したプラスチック容器（材料：0.7ｍｍポリスチレンの真空成形品）の温度による内部空気圧の変化を知り 容器の膨れ又は収縮の程度を知りたい。
知りたい計算式：
１）マイナス40度とプラス60度の温度の時に内部空気の膨張または収縮の度合い（体積）
２）上記での空気の膨張または収縮による内部空気圧力の度合い（圧力）
３）上記での内部空気圧力による容器の変形量を導く（形状は弁当箱のようなもので４辺支持：Ｗ90ｍｍｘＨ35ｍｍｘＴ10ｍｍ）
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Date: Thu, 22 Dec 2005 19:01:56 +0900
A: Ｎ社Ｋ様、佐藤勝昭です。
私は、この方面の知識が乏しいので、本学機械システム専攻の桑原教 授、村田教授に教えていただきました。この手の問題は、簡単そうに見 えて結構手強いもののようです。解析解はないのではないでしょうか。
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桑原先生、佐藤勝昭です。
まずは箱の体積一定としてボイルシャールで圧力変化を考え、
この圧力によるプラスチックののびを考えればよいと思うのですが、
４辺支持とするとのび方はどう考えればよいのでしょうか。
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村田先生
佐藤勝昭先生（というよりは学外の方）から問い合わせがありました．
回答可能であれば返信を御願いします．（桑原）
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佐藤先生、村田です。
変形量ですが，使用温度における当該材料の機械的性質（応力とひずみ の関係式）がデータとして必要です．
私の手許にある弾性論の教科書には当該問題の解析解が記載されており ません（さらに上級の文献をチェックすれば解析解はあるかもしれ ませんが．．．）．もしくは有限要素法による解析でもよいと思います． ただ，解析解を用いるにしても有限要素法を用いるにしても次の事項が 明らかである必要があります．
１．当該の使用温度におけるプラスチックが金属的な弾性変形挙動を示 すと考えてよいのか？
２．もし粘塑性的変形挙動を示すとすれば，計算で用いる当該プラスチ ックの材料モデル（特に多軸応力下での）はいかなるものか？
結論：変形量の解析を行う前に，機械的性質に関する情報が必要です．
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Date: Tue, 27 Dec 2005 22:02:48 -0500
AA: N社のKです。
連絡が遅れて申し訳ございませんでした。
早速のご手配ありがとうございました。
又こちらでも調べてみます、結果が出ましたらご連絡差し上げます。
以上
ありがとうございました。
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702. ステンレス鋼の焼け
Date: Tue, 20 Dec 2005 15:47:17 +0900
Q:Kと申します。39歳です。
半導体製造装置の開発に従事しております。
WebへUPする場合は、匿名にてお願い致します。
質問です。
ステンレス（SUS）が焼ける原理を教えてください。
焼けるとは、表面が茶褐色に変色する様子のことです。
私は、酸化しているのではないか？
と思うのですが違うでしょうか？
それから、金属の種類によって、 焼ける温度に差があるのでしょうか？
もし、「焼け温度」の一覧などがあれば 頂けませんでしょうか？
最後に、 SUS316とインコネルを比較すると 焼けにくいのはどちらでしょうか？
いくつも質問してすいません。
お時間の許す範囲で結構です。
ご教授よろしくお願い致します。
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Date: Wed, 21 Dec 2005 00:44:47 +0900
A: K様、佐藤勝昭です。
本学の機械システム工学専攻の佐久間先生に尋ねましたところ、下記の回答を得まし た。参考にしてください。
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農工大機械の佐久間です．
いつもお世話になっております．
下記お問い合わせの件，ご指摘の通り皮膜形成によるもので， その厚さによって色彩が変わることが知られています．
（皮膜が単純な酸化によるものだけかは，申し訳ないですが 充分に確認してはおりません．）
この現象に関しては，新日鐵光（山口県光市）が詳細に研究しており， その成果（皮膜形成制御技術）によって多様な色つきステンレス板を 製品化しております．宜しければお問い合わせ下さい．
またインコネルについては，当方も充分な情報を持ち合わせては おりません．悪しからずご了承下さい．
以上，よろしくお願い致します．
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Date: Thu, 22 Dec 2005 08:34:37 +0900
AA: お世話になっております。
Kです。
迅速な回答をいただき、ありがとうございます。
是非、新日鐵光さんにも聞いてみます。
広く情報を集め、それなりの答えがまとまりましたら またご報告させていただきます。
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703. 軟Ｘ線と硬Ｘ線のちがい
Date: 21 Dec 2005 14:54:21 +0900
Q: はじめまして。H大学4年のIといいます。
公開時のときは大学名、名前はイニシャル、匿名でお願いします。
質問なんですが、私は現在、硬X線発光によるTiO2の電子構造の研究をやって います。結晶分光器をつかって発光実験をしました。試料はパウダー状のものです。
硬X線だけしかやっていないので、軟X線のことがいまいちよくわからないのですが、 硬X線と軟X線の違いについてよければ教えていただけませんか？
それとTiO2についてよろしければ教えてください。
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Date: Thu, 22 Dec 2005 17:30:09 +0900
A: I君、佐藤勝昭です。
軟Ｘ線と硬Ｘ線のちがいについては理化学辞典に載っています。
Ｘ線の波長が0.1nm(12.4keV)より長いものを軟Ｘ線、短いものを硬Ｘ線 と呼びます。Asより軽い元素のＫ吸収端（1s殻からフェルミ準位での遷 移)の波長は0.1nm以上なので、軟Ｘ線はこれらの物質中でよく吸収され ます。人体に関係する元素（炭素、カルシウム、など）は軽い元素が多 いので、軟Ｘ線が危険だと言われるのです。
それから、TiO2について何が知りたいのですか？Ｘ線吸収のことです か？卒業研究で与えられたテーマについては指導教員に指導の責任があ ります。まずは、指導教員に教わってください。
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704. 銀の固相接合
Date: Thu, 22 Dec 2005 09:47:41 +0900
Q: はじめまして。O社Iです。※Ｗｅｂにアップさせるようでしたら 匿名（Ｏ社／Ｉさん）でお願いします。 物性何でもＱ＆Ａをいつも参考にさせていただいています。
早速ですが上記ＨＰを見て質問させていただこうと思います。
金属の拡散現象についてです。
材質は銀の素材同士を密着させ真空中に放置させた場合に拡散現象によって接合す るのでしょうか？
その場合のメカニズムはどうなっているのでしょうか？（環境・時間的な条件な ど）
条件としましては、密着している面積は１辺が０．１ｍｍの正方形（平面）で ４０ｇの力で相互は押し付けられています。
また真空といっても酸素はありませんが、フッ素や硫黄はある程度含まれていま す。
以上、情報が少ないかもしれませんがよろしくお願いします。
＊お客様からのご質問なのですが当方の知識不足で回答できなく苦慮しているしだ いです。
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Date: Thu, 22 Dec 2005 16:58:47 +0900
A: O社I様、佐藤勝昭です。
すべての金属において清浄な金属表面同士が密着したときに固相接合 という現象が起きます。表面に酸化物など散障壁になるものがなければ、 自由電子が行き来することによって金属の原子間に金属結合が形成され ぴったりと接合すると考えられます。同種金属だけでなく、異種金属間 でも起きるので、工業的にも利用されます。たとえば山梨県工業技術セ ンターのＨＰに異種貴金属の固相接合法に関する研究が載っています。
http://www.yitc.go.jp/Houkoku/data2/H14/H14-07.pdf
また、特許庁のＨＰに「平成１６年度特許出願技術動向調査報告書−非 鉄金属材料の溶接」http://www.jpo.go.jp/shiryou/pdf/gidou-houkoku /16seizou_nonferrous_metals.pdf
があり、固相接合について書かれています。
「固相接合とは、固相状態で被溶接材料相互の表面を、原子レベルまで 近接させることで得られる接合である。近接させるために、通常は圧力 が最も重要な要素となるため、固相接合と呼ばれる。接合の完成には、 界面の異物の排除・消失過程、および材料間相互の原子配列整合過程 (相互拡散)が必要であり、このため材料は昇温される。原理上は、溶融 は必要条件ではない。異材溶接では、界面において脆弱金属間化合物を 形成する可能性があるが、温度と時間によって比較的制御しやすい。」 とあります。
他のＱ＆Ａにもこのような質問に対する回答が丁寧に載っているので 参考にしてください。http://oshiete.eibi.co.jp/kotaeru.php3?q=276217
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Date: Thu, 22 Dec 2005 17:21:44 +0900
AA: 早速のご回答ありがとうございました。
やはりこういった内容は 『物理的に金属は・・・』 といった内容になるのですね。
拡散係数など学術的な事を言われてもよくわからないのが実態ではあるのですが。
理論的なところは今回のご回答で理解したつもりです。
『銀』という材質について限定しもう少し調べてみます。
ありがとうございました。
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705. ニッケルの降伏応力
Date: Thu, 22 Dec 2005 14:13:23 +0900
Q: こんにちは。
K大学4年のKと申します。
ニッケルの降伏応力を知りたいのですが見つかりません。
教えていただけないでしょうか。
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Date: Thu, 22 Dec 2005 15:01:26 +0900
A: K君、佐藤勝昭です。
図書室に行きましたか。金属ハンドブックなどに載っているはずです。
あなたは、機械科だから、金属材料の講義で学んだと思いますが、同じ 金属でも、純度、形状（ロッド、シート等）、焼鈍（アニール）や冷間 圧延（コールドワーク）で大きく変化します。
純粋に近いニッケル200(99.6%)降伏応力は次の通りです。
| 形状 | 加工法 | 降伏応力 |
| 棒（ロッド） | Hot finished | 105-310 MPa |
| 棒（ロッド） | Cold drawn | 275-690 MPa |
| 板（プレート） | Hot rolled | 140-550 MPa |
| 板（プレート） | Hot rolled Annealed | 105-275MPa |
| シート | Hard | 480-725 MPa |
| シート | Annealed | 108-210 MPa |
| 管 | Stress relieved | 275-620 MPa |
| 管 | Annealed | 850-210 MPa |
| 線 | Annealed | 105-345 MPa |
| 線 | Spring temper | 725-930 MPa |
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Date: Thu, 22 Dec 2005 15:27:30 +0900
AA: 迅速なご解答ありがとうございます。
なかなか見つからず苦労していたので、よかったです。
これからの研究に役立てたいと思います。
ありがとうございました。
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706. 物性値のナノ領域への適用限界
Date: Sun, 25 Dec 2005 11:58:56 +0900
Q: はじめまして、物性なんでもQ&Aのあることを知り、最近の疑問を おたずねしたいと思います。大阪の会社員のMです。匿名でお願いします。 昨今ナノテクがはやりで、素人の私も手にするような本にまでナノテクが 紹介されています。
引っ張りや曲げなどの物性は大がかりな引っ張り試験器で検査を するものが通常であったのが私の時代だったのですが、ナノテクのような 非常に細かい材料であっても同じ材質であるならば、その試験結果は 同じになるのでしょうか。Young率などの物性値は材料が同じでも 嵩が極端に違うと変わってしまうものなのでしょうか。素人目には、 ナノテクであろうと物性値が変わるとは思わないのですが、適用範囲が あるのかどうか教えて下さい。
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Date: Sun, 25 Dec 2005 13:25:08 +0900
A: M様、佐藤勝昭です。
マクロな物性値がどれくらい小さな領域にまで適用できるかは、材料の具体的 な構造、さらには、電子状態によります。
物質本来のもつ物性は純粋物質の単結晶を使ってはじめて正確に測定できる量 です。実際の材料では、多結晶体であったり、結晶内にも欠陥があったりして、 本来の性能を持っていない場合があります。実際、普通の金属は、多数の結晶粒 からなる多結晶体ですが、直径がマイクロメータ以下のウィスカー単結晶となる と通常の金属には考えられないような強靱性を示します。従って、ナノ領域の結 晶材料では、物質がもつ本来の物性値が得られるのです。降伏応力も構造敏感な 量です。同じ金属でも、焼鈍や冷間圧延などの加工によって大幅な変化を示しま す。これは加工により転位などの結晶欠陥の制御が行われることを示します。 カーボンナノチューブは、ナノサイズの特別の網目構造ゆえに非常な強度を示 します。この材料を混ぜ込むだけでセラミクスの強度が飛躍的に増大するという ことです。
もっと小さな構造としてナノワイヤ、やナノドットなどになりますと、量子効 果によって電子構造がバルクとは異なるため、原子間の結合の性質にも影響を及 ぼします。格子振動もバルクとは異なる性質を持ちます。
また、ナノ構造では表面が占める割合が増えることも、バルクと違った性質を もたらします。例えば、100ナノメートルの厚みの膜において表面に0.5ナノメー トルの酸化層があったとしても、機械的な物性値にはあまり大きな影響はありま せんが、2ナノメートルの厚みの膜だと裏表あわせて1ナノメートルの表面酸化物 層があると同程度の大きさなので、すっかり性質が異なるでしょう。
このようにナノの世界の物性は、マクロの物性と本質的に異なると考えておい た方がよいと思います。
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Date: Sun, 25 Dec 2005 17:55:02 +0900
AA: 佐藤先生
ご丁寧なご返答を頂戴し、有り難うございます。
材料の性質は材料の構造によるためにマクロとミクロ（ナノ）では 構造が異なる場合が多く、一般的に異なると考えた方がベターと のこと、理解できました。また勉強して疑問が出てきたら、お邪魔 させて頂きます。
蛇足：ｙａｈｏｏで検索をしていたら「物性なんでもQ&A」に行き着き、 東京農工大学の副学長先生が回答して下さるとは全く知らずに 本当に興味本位なことを尋ねてしまいました。素人の疑問にも 関わらずご丁寧な返答をいただき有り難うございます。それも、 ３０分足らずでご返事を下さったようで、貴重なお休みに時間を とって下さって、恐れ入ります。有り難うございました。
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707. 無酸素銅の機械的特性
Date: Mon, 26 Dec 2005 13:41:01 +0900
Q: はじめまして。
私は、液晶製造装置（スパッタリング装置）のカソードを製造しているY社のTです。
このカソードには、ターゲット材という高純度の素材がインジウムなどによりロー付け され、そのターゲットは消耗すると新しいものに交換されます。
今回、カソードの素材として最もよく使用されている無酸素銅に関する質問です。 私も学生時代は金属材料工学科に所属しておりましたので、基本的なことは 理解しています。
そこで質問です。
・冷間圧延率の違いにより、0,1/4H,1/2H,Hという硬さに分類されていますが、
圧延率と再結晶温度には相関があると記憶していましたが、如何でしょうか？
・すなわち、圧延率が高いほど、再結晶温度が低温側へ移行するのでは？
・仮に再結晶温度が200〜250度としますと、上記のロー付け温度が丁度その範
囲ですので、繰り返しているうちに徐々に軟化してくるという現象が起きてくるので
はないかと考えています。
・以前、三菱伸銅（三菱マテリアル）が開発した、OMCという銅材の特性を説明す
る資料に掲載されていたと思います。かなり古い資料ですし、OMCという材料も
最近は作っていないようですので、この資料は手に入らないのではないかと思って
います。
佐藤研究室殿で、上記に関するお答えをお持ちじゃないでしょうか？
宜しくお願いします。
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Date: Tue, 27 Dec 2005 13:30:11 +0900
A: T様、佐藤勝昭です。
私は、金属材料工学の専門家ではありません。従って、ご質問に正確 にお答えできるかどうかわかりませんが、物理の立場でお答えします。
[Q1]・冷間圧延率の違いにより、0,1/4H,1/2H,Hという硬さに分類さ
れていますが、圧延率と再結晶温度には相関があると記憶していました
が、如何でしょうか？すなわち、圧延率が高いほど、再結晶温度が低温
側へ移行するのでは？
[A1] 再結晶化とは「冷間加工された金属に熱処理を施すことによっ て、ひずみを受けた結晶粒がある時間内に新規のストレスのない結晶粒 に置き換わる過程」、また、再結晶温度とは、「冷間加工された金属を 熱処理したとき、ある処理時間内に完全に再結晶化するための最低の熱 処理温度」と定義されています。従って、再結晶化温度は、材料の加工 度と熱処理時間に依存します。
一般論として、加工が進むほど（1/4H→1/2H→3/4H→H）、加熱温度が 低いほど、結晶粒のサイズが小さくなります。従って、結晶粒が小さく なれば、再結晶に要する時間、温度は小さくなります。 銅の再結晶温度は200-250℃とされています。（打越：機械材料p28) この温度幅は圧延度によるものと考えられ、圧延度の高いものでは200 ℃くらいになっているでしょう。
[Q2]・仮に再結晶温度が200〜250度としますと、上記のロー付け温度
が丁度その範囲ですので、繰り返しているうちに徐々に軟化してくると
いう現象が起きてくるのではないかと考えています。
[A2] ロウ付けに要する時間が関係すると思います。再結晶にはある 一定の時間が必要ですから、ロウ付けに要する時間が短ければ問題にな らないでしょう。しかし、繰り返していくうちに、トータルの熱処理時 間がその温度での再結晶化時間を超えると、軟化するでしょう。
三菱マテリアルのHPによると、耐熱銅合金としてOMCのことが出ていま す。http://www.mmc.co.jp/nfac/hpm/okegawa/OHP/products/tainetu/ sei-goukin.html
会社に直接おたずねになってはいかがでしょう。
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Date: Tue, 27 Dec 2005 16:18:41 +0900
AA: 佐藤先生
早速のご回答、ありがとうございました。
今後とも、よろしくご指導ください。
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708. 吸光度測定のための至適濃度
Date: Tue, 27 Dec 2005 10:41:41 +0900
Q: 私は澁谷真紀といいます。城西大学薬学部薬学科2年生です。
大学の機器分析学の授業の際に担当教授から演習問題として何題か問題を頂いたので すが、その中の2問がよく分からず、悩んでいます。佐藤先生のお力を貸していただ ければ光栄かと思います。年末の忙しい中本当に申し訳ありません。
まず、１問目は吸光度を測定する時の至適濃度について説明せよ。
２問目は１，３−ブタジエンはヘキサン中で吸収極大波長は２１９nmであった。溶媒 をエタノールに変えたら吸収極大波長の値はどう変わるか。
以上2問です。
２問目については私なりの考えで、ヘキサン中では１，３−ブタジエンはエタノール と比べて親和性が高いため分子間相互作用が働き、電子の遷移を起こすためにはまず 相互作用を切り離さなければならないのでその分だけ余計なエネルギーを要する。 よってエタノールと比べるとヘキサンの吸収極大波長は小さくなる。そのため、エタ ノール中では吸収極大波長の値はより長波長側にシフトすると考えたのですが、あっ ているのかよくわかりません。
お忙しいとは思いますが、よろしくお願いいたします。
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Date: Wed, 28 Dec 2005 10:18:47 +0900
A: 渋谷君、佐藤勝昭です。
「なんでもＱ＆Ａ」では大学で出された課題に直接お答えすることはいたしません。 ヒントだけ差し上げます。
１問目：吸光度を測定する際の至適濃度
私ども物理の用語には「至適濃度」という言葉はありません。化学便覧にも載っていま せん。おそらく薬学系の機器分析独特の用語であろうと思われます。
一般に分光光度計で吸光度を測定するには、試料を透過してくる光の量がその測定器の 検出できる範囲にないと測定出来ません。一般にモル吸収係数をε、濃度c、試料の光路 長Lとすると吸光度Aは
A＝log_10(Io/I)=εcL
と表されます。Ioは入射光強度、Iと透過光強度です。T=I/Ioを透過率といいます。
普通分光光度計はTを測定して対数をとってAを求めています。最近の装置ではT=10^-5程 度測定出来るものもありますが、信頼性のあるのはT>0.01でしょう。すなわちAとしては2 程度となります。従って、εcLの積が2以下になるようcを決めるのがようと思われます。
２問目：溶媒を変えたときの1,3-Butadieneの吸収極大波長の変化
私は、有機物質についての知識がありません。219nmの吸収がどのような電子遷移で起き ているのか、溶媒との相互作用でどう変化するかを考えればよいでしょう。あなたの推論 が正しいかどうかは、判断出来ません。
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Date: Wed, 28 Dec 2005 18:09:26 +0900
AA: 返信ありがとうございました。
先生のヒントを参考に頑張りたいと思います。
澁谷真紀
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709. なぜZnOはn型で、NiOはp型か
Date: Fri, 30 Dec 2005 21:07:57 +0900
Q: はじめまして、R大学理工学部の三回のSです。
半導体のZnOはn形でNiOはp形の伝導を示すのかをおしえてください。
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Date: Sun, 01 Jan 2006 10:36:05 +0900
A: S君、佐藤勝昭です。
CdTeをのぞく多くのII-VI族化合物半導体は、不純物の添加をしないときｎ形 の電気伝導を示します。その理由はかならずしも明確になっていません。
ZnOの場合、(1)アクセプタ不純物の固溶性の低さ、(2)アクセプタのイオン化 エネルギーの大きさ、(3)アクセプタを導入すると同時にドナーが導入されるこ とによる自己補償機構などが原因であろうと考えられています。最近ではMOCVD により窒素添加で低抵抗のp形が実現しています。しかし、導入された窒素の濃 度(〜10^21cm^-3)に比べホール濃度が低い(<10^17)ということから、(3)のメカ ニズムが有力であろうと考えられています。
X. Li, S.E. Asher, B.M. Keyes, H.R. Moutinho, J. Luther, and T.J. Coutts: p-Type ZnO Thin Films Grown by MOCVD; 31st IEEE Photovoltaics Specialists Conference and Exhibition, Lake Buena Vista, Florida, January 3-7, 2005
が参考になるでしょう。
NiOは反強磁性半導体で、バンドギャップはCharge-transfer型です。すなわ ち、伝導帯は3d軌道からなり、価電子帯はOの2p軌道からなっています。3d電子 帯は狭いバンドなので有効質量m*が大きいため移動度μ=eτ/m*が小さく電気伝導 に寄与しません。電気伝導は主として価電子帯のホールによります。リチウムLi を添加するとアクセプタになります。しかし伝導は普通の拡散型ではなく、ポー ラロンによるホッピングとされています。
授業での宿題でしょうか？大学の学部３年生では難しいかも知れません。
Webでは匿名にしますから、大学名、学科名を書いてください。
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710. シリコンの屈折率と消光係数
Date: Fri, 06 Jan 2006 15:42:17 +0900
Q: はじめまして、表題の件について悩んでいたところ このホームページを見つけましたので質問させてください。
1/4波長板のエリプソメーターにて測定しているのですが シリコンウェハーの屈折率と吸収係数がわかりません。
お分かりになるようでしたら教えて頂きたいたいのですが 宜しくお願いいたします。
Ａ社Ｓより
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Date: Fri, 06 Jan 2006 23:59:37 +0900
A: A社、S様、佐藤勝昭です。
シリコンの屈折率ｎと消光係数は、
「なんでもＱ＆Ａ」の#279をご覧下さい。
吸収係数α[cm^-1]は、消光係数κとつぎのような関係があります。
α=4πκ/λ
です。λはcm単位で考えてください。
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Date: Sat, 07 Jan 2006 08:44:16 +0900
AA: 佐藤勝昭様
早速の返信誠に有難う御座いました。
中身を確認させていただき大変役に立ちました。
今後のご活躍を楽しみに拝見させていただきます。
有難う御座いました。
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711. 半波長板について
Date: Sat, 07 Jan 2006 01:52:42 +0900
Q: 佐藤先生
はじめまして。
S大学工学部３年のSといいます。
ＨＰを拝見しました。
アップロードの時にはいづれも匿名でお願いします。
お忙しいところ恐縮ですが下記の質問にアドバイス、回答を頂けないでしょうか。
実験の授業で光学部品を扱うことがあって興味を持ち光学部品についてＷＥＢで色々と調べています。
そこで半波長板は結晶軸に対して入射電界の振動方向がθ傾いた状態で入射したら 出射電界は2θ回転して得られるという風に理解しました。
ですがリターダンス、もしくはリタデーションという現象が上手く飲み込めません。
意味は”入射してくる偏光の位相内での、角度シフトの度合い。”とあるのですが、 これが入力と出力の間ににどう影響するのだろうか想像できません。
宜しくお願いします。
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Date: Sat, 07 Jan 2006 09:47:15 +0900
A: S君、佐藤勝昭です。
リターデーション（光学遅延）について説明します。
いま、ｚ方向に進む光を考えましょう。光の電界の振動方向はｚに垂直の面内に あります。いま、電界がｘ方向とｙ方向の丁度あいだの45°の方向の振動である ような直線偏光を考えますと
Ex=Eo exp{-i(ω(t-n1z/c))}、Ey=Eo exp{-i(ω(t-n2z/c))}と書けます。
ここにn1はx方向の屈折率、n2はｙ方向の屈折率です。
もし媒質が等方性でn1=n2ならどこまで進んでもExとEyは同位相で進むので４５° 傾いた直線偏光のままです。
ところが媒質が異方性をもち、n1-n2=Δnだけ異なっていたとしましょう。
すると、ExとEyの間にはωΔn z/cだけの位相差が生じます。この位相差のことを リターデーションと呼びδで表します。δ=ωΔn z/c=2πΔn z/λです。
すると、Ex=Ey exp(-iδ)=Ey exp(-i2πΔn z/λ)と書けます。
半波長板というのはΔn z=λ/2であるような場合です。するとδ=πとなり、
Ex=Ey exp(-iπ)=-Ey
となって、合成した電界ベクトルはｘ方向から-45°傾いた偏光になるわけです。
従って、入射光からみると偏光方向が90°回転したことになります。
ちなみに１／４波長板では、Δn z=λ/4ですから、δ=π/2となり
Ex=Ey exp(-iπ/2)
となります。位相がπ/2すなわち90°異なるので、EyがsinならExはcosになりま す。すると合成した電界ベクトルの軌跡は円になります。これが円偏光です。
リターデーションについては、光学の教科書ならどれにでも出ています。
例えば、古い本ですが、共立全書の「光学」（石黒浩三著1953年刊、絶版）を図書館 に行って読んでください。
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Date: Sat, 07 Jan 2006 12:52:24 +0900
Q2: 佐藤先生
早速教えていただいてありがとうございました。
図書館から借りて読み始めました。
太陽の光をプリズムに通すと7色に分かれて見えるように、
波長によって屈折率は微妙に違うということは同じ波長板でも入射する波長によって
リターデーションが異なるということなんですね。
この調整法は結晶の厚みを変えて光路長を変えるだけなのでしょうか
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Date: Sat, 7 Jan 2006 15:37:39 +0900
A2: S君、佐藤勝昭です。
君の言うとおり波長に応じた波長板を用意しなければなりません。た だ最近はΔnが波長に依存する性質を利用したアクロマティック（波長 依存性のない）波長板も市販されています。光学技研では広帯域波長板 として市販しています。
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Date: Sat, 07 Jan 2006 23:23:58 +0900
AA: 佐藤先生
ご回答ありがとうございました。
もやもやが無くなりとてもすっきりしました。
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712. Ta2O3のヤング率
Date: Sat, 7 Jan 2006 16:47:12 +0900 (JST)
Q: 佐藤先生
はじめまして。N大学修士2回生のTといいます。
HPを拝見させていただきました。Webにアップされるときは匿名でお願いします。
Ta2O5のヤング率やポアソン比について教えてください。
また、掲載されている図書等ございましたら、それもお教え願いたいです。
よろしくお願いします。
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Date: Sun, 8 Jan 2006 02:01:19 +0900
A: T君、佐藤勝昭です。
5酸化タンタルなど、タンタルの酸化物は粉末試料か薄膜試料しかないので、機械的性 質のデータがありません。Ta自身の体積弾性率が200GPaですから、酸化物はもっと大き いことが予想されます。TaONタンタルオキシナイトライドについて第1原理バンド計算か ら求めた体積弾性率が278GPaとされています。いずれにせよこのような遷移金属酸化物 セラミクスの弾性係数はほとんど入手できないと思います。
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713. 鉛フリーハンダのヤング率
Date: Sun, 8 Jan 2006 18:41:34 +0900 (JST)
Q:東京学芸大学技術教育専攻の李です、今鉛フリーはんだ材料Sn3Ag0.5Cuについて、
125℃から−40℃までの温度サイクル負荷を受けて、塑性・クリープ解析を行っている。
材料のヤング率と降伏応力の値が見つかれない、教えていただきたいです。よろしくお願いします。
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Date: Mon, 09 Jan 2006 01:38:55 +0900
A: Liさん、佐藤勝昭です。
あなたの組成にピッタリのデータはありません。
http://www.boulder.nist.gov/div853/lead%20free/props01.pdf にいろいろな鉛フリーハンダの機械的性質が出ています。
(yard-pound系なので、SIに換算する必要があります。(1ksi==1000ポンド/平方インチ=0.703kgf/mm2 =6.89MPa）
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Sn96.5/Ag3.5 Leadfree solder
> 引っ張り (*tested per ASTM E-8)
> UTS(ksi) 5.91
> 降伏応力(ksi) 4.07
> ヤング率 (ｋsi) 5740
> % 伸び率 43.66
>
> 圧縮 (*tested per ASTM E-9)
> 応力@25%歪 9.88
> .2%歪降伏応力 (ksi)4.84
> ヤング率(ksi) 16600
>
> 硬度 12.2 (per Rockwell Test, 15W Scale Hardness)
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Sn-2.5Ag-0.8Cu-0.5Sb (Castin^(TM))
> 引っ張り
> UTS(ksi) 5.73
> 降伏応力(ksi) 4.86
> ヤング率 (ksi) 7420
> % 伸び率 50
>
> 圧縮
> 応力@25%歪 8.54
> .2%歪降伏応力 (ksi)4.33
> 弾性率(ksi) 4260
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714. 屈折率による水晶の厚み測定
Date: Fri, 6 Jan 2006 14:53:40 +0900
Q: 東京農工大学 佐藤様
(株)D技術部Nと申します。（恐縮ですがweb公開時は匿名でお願い致します。）
水晶のATカット板の屈折率について調べていたところ、貴研究室のＨＰにたどり着きました。
素人質問ですが、ご教示いただけると幸いです。
水晶の厚みをレーザで測定する場合、屈折率による補正が必要になると思います。
今回ATカット水晶板の厚み測定を考えておりますが、補正は常光線の屈折率だけで補正して 良いのでしょうか？それとも異常光線の屈折率も考慮すべきなのでしょうか？
異常光線を考慮する必要がある場合、その屈折率はAT切断角度に依存する可能性があると 思うのですが、AT切断角度と屈折率はどのような関係式で表されるのでしょうか？
御多忙中とは存じますが、御教示の程宜しくお願い申し上げます。
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Date: Sat, 07 Jan 2006 22:34:27 +0900
A: N様、佐藤勝昭です。
常光線のみを使って測定しているのであれば、常光線屈折率のみを使えばよい と思います。
異常光線の屈折率の方位角依存性は、光学軸からの傾角をθとして、
1/n^2=(sinθ)^2/ε// + (cosθ)^2/ε⊥
となります。ここにε⊥は光学軸方向の電界に対する誘電率、ε//は光学軸に垂直 な面内の誘電率で、ε⊥=no^2, ε//=ne^2 です。
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Date: Tue, 10 Jan 2006 09:10:46 +0900
AA: 東京農工大学 佐藤様
D社Nです。
早急に御回答をいただき誠に恐れ入ります。
今後の業務の役立てとさせていただきます。
お忙しい中、本当にありがとうございました。
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715. 水滴接触角の表面モルフォロジー依存性
Date: Mon, 9 Jan 2006 13:55:50 +0900
Q: 京都大学 工学部 物理工学科 材料科学コース機能構築学研究室 学部４回生の六門直哉と申します．
休日に申し訳ございません．
私はポリエチレンテレフタレートの表面をアミノ基修飾することによって 材料の機能化を行うといった研究を行っています．
分析法の一つに水滴接触角測定を用いているのですが
水滴接触角は表面エネルギーと表面のモルフォロジーに依存していると 聞きました．
表面エネルギーが関わってくるというのは分かるんですが
モルフォロジーに関しては実際にどういう計算になるのかというのがよ く分からないのです．
ポリエチレンテレフタレートをアミノ基修飾すると実際どのような接触 角を示すのかという 計算方法のようなものがあったら教えて頂きたいです
よろしくお願いします
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Date: Mon, 09 Jan 2006 20:58:24 +0900
A: 六門直哉様、佐藤勝昭です。
表面微細構造と撥水性の関係については、機械学会の流体工学部門のニューズ レターに、産総研の松本博士が解説しておられます。
http://www.jsme-fed.org/newsletters/2001_10/2102.html
これによれば、接触角に関して、Wenzelの理論、Cassieの理論があると書かれて います。Wenzelの式、Cassieの式については、
森田 正道, 久保 元伸：最もよく水をはじく高分子材料は；高分子, 45, 566(1996)
http://www.daikinchem.com.cn/pro/sinsozai/unidyne_org/lit/lit-t/topics2/topics2.html#Ref.1
をお読み下さい。
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Date: Tue, 10 Jan 2006 10:32:46 +0900
AA: ありごとうございました．
もう一度勉強し直してみます
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716. 鉄、アルミ、銅の複素屈折率
Date: Tuesday, January 6, 2006 Q: 佐藤先生
はじめまして。A社のＳと申します。
『鉄、アルミ、銅の3種類の単純金属について、波長1060nm 条件、あるいは、それ に> 近い波長レベルの光源（レーザー）に対する複素屈折率n=ｎ＋ki の物性値(n, k 値）』を教えて頂きたいと思いましてメール致しました。
web上で、金属の光学定数データが明記してある本を紹介されているのは理解して いるのですが、できるならば上記３つの元素に対してのみで結構ですので教えて 頂きたいと思います。いろいろな入射角に対するＳ成分、及びＰ成分のエネルギー 反射率を計算する予定です。宜しくお願い申し上げます。 迫より
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Date: Tuesday, January 10, 2006 4:38 PM
A: Ｓ様、佐藤勝昭です。
お返事が遅くなりました。
１μm 付近の波長におけるFe, Al, Cuの複素屈折率は次の通りです。
Fe (at 1.069μm) n=4.53, κ=4.30
Al (at 1.078μm) n=1.25, κ=10.6
Cu (at 0.827μm) n=0.26, κ=5.26
(at 1.240μm) n=0.433, κ=8.46
銅については0.827μmと1.240μmの内挿値を計算して使ってください。
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Date: Wed, 11 Jan 2006 09:35:11 +0900
Q2:佐藤先生、データを送っていただき感謝いたします。
現在、レーザ切断という立場から偏光と入射角依存性を勉強している最中です。
ありがとうございました。
また、もし、可能でしたら、１０．６μｍ近傍の Fe, Al及びCuの同様な数値を教えていただけないでしょうか？
厚かましいお願いで申し訳ありません。 迫 宏より
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Date: Wed, 11 Jan 2006 13:26:49 +0900
A2: Ｓ様、佐藤勝昭です。
10μm付近のデータは次の通りです。(Palikによる)
> Fe (at 10.53μm) n=5.95, κ=32.0（Palik II, p.395)
> Al (at 10.33μm) n=26.6, κ=92.2 (Palik I, p.401)
> Cu (at 9.537μm) n=10.8, κ=47.5 (Palik I. p.286)
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Date: Thu, 12 Jan 2006 12:58:50 +0900
AA: 佐藤先生
本当にありがとうございました。頂いたデータを基に、少し計算を実施致しましたのでご報告いたします。
たとえば、鉄に対して、1μｍ帯と１０μｍ帯の両者を『入射角に対してPS 成分の光の反射率』を求めますと、 添付のような関係になりました。１μｍ帯の光は、入射角に対して偏光成分の影響を大きく受けることが 良くわかりました。今後の加工プロセス（レーザ切断）を実施する中で十分考慮していきたいと思います。
重ねて御礼ま。Sより。
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717. 高い誘電率の金属素材
Date: Tue, 10 Jan 2006 16:28:05 +0900
Q: Ｏ社のＫと申します。
突然のメールで失礼します。HPを拝見させて頂きました。
WEB上には、匿名でお願いします。
通信機器を中に入れる金属ケースを検討しています。一般の金属ですと誘電率が低くて 電波が外部に出ません。プラスティックやセラミック並の金属素材はないでしょうか？
もしくは、比較しにくいですが、アルミ素材並の剛性強度を持つ、エンプラ素材はないでしょうか？
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Date: Tue, 10 Jan 2006 18:08:27 +0900
A: K様、佐藤勝昭です。
金属が電磁波の透過を防いでいるのは、誘電率が低いせいではなく、 金属の自由電子による電界の遮蔽、従って抵抗率が小さいことが原因で すから金属である限り、透過しなくても仕方がありません。skin depth δより薄くなければ、電磁波は透過しません。
なんでもQ&A#366に示し たようにδは
δ=(2/ωσμo)1/2
で与えられます。Crは比較的抵抗の高い金属ですが、FMの電波(約 100MHz)が通り抜けるには、1μm以下の薄さにしなければなりません。
もちろん波長程度の穴をたくさんあければとおるでしょうが。
FRPをはじめエンジニアリングプラスチックには、金属と同等の機械 強度をもった材料があります。たとえば、アルミ合金の弾性率は80- 100GPaの程度ですが、FRPには400GPaに達するものもあります。
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Date: Tue, 10 Jan 2006 18:34:51 +0900
AA: 佐藤様
O社のＫです。
早速のご回答ありがとうございました。
参考にさせて頂きます。
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718. 蛍光波長の励起波長依存性
Date: Wed, 11 Jan 2006 16:34:32 +0900
Q: ＨＰをいつも興味深く拝見しています。Y大Hです。匿名でお願いします。
前も御指示いただいて大変助かりました。本当にありがとうございました。
高いエネルギー準位にある励起波長の変化で蛍光波長が変わることがあるんでしょうか？
私が使っている装置は古い機械なので壊れているかもしれないから励起波長の変 化で輝度が変わるかもしれません。
周りに専門にしている人もいないのでわかりません。どうか教えてもらえないでしょうか？
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Date: Thu, 12 Jan 2006 02:18:41 +0900
A: H様、佐藤勝昭です。
私も、励起波長の変化にともなって発光波長が変化することを、しばしば、経験しま した。気をつけなければならないのは、実験的なミスによるものです。
分光器の回折格子が高次光を出すことです。例えば、600nmに目盛りを合わせていて も、2次の回折光である300nmの光が出てきます。本当は試料が発光していなくても、励 起光を分光器がセレクトしてしまうのです。この場合は、励起波長と発光波長が正確に 比例します。この他にも、回折格子によるお化けが出ることがあります。これらの光は 試料の代わりに金属版を置いても検出されますから、容易に見つけることができます。
次に、ラマン散乱を検出している場合があります。特に、バンドギャップより高いエ ネルギーで強く励起した場合に、共鳴ラマン効果などが見られます。ラマン散乱は、励 起エネルギーよりフォノンのエネルギーだけ低いエネルギーに現れますから、励起波長 を変化させると、散乱光の波長も変化します。
上記の効果でなく、本当に、発光波長が励起波長とともに変化する場合があります。 発光中心のエネルギー準位に位置による分布がある場合に、励起波長を変えると、異 なった発光中心を励起するため、異なった波長に発光が現れます。
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Date: Thu, 12 Jan 2006 12:50:07 +0900
AA: ご指導ありがとうございました。どうやら機械が悪いわけではないみたいです。勉強不足でした。
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719. 誘電正接の大きな素材
Date: Thu, 12 Jan 2006 17:31:07 +0900 (JST)
Q: 初めまして。D大学工学部４回生のKと申します。（恐縮ですが、もしHPに掲載されます場合は匿名でお願い致します。）
佐藤先生のQ&AのHPは、お忙しい中の熱心なご回答に、いつも感謝の気持ちで拝見しております。
さて、私は現在大学で、電波吸収板の解析・設計の研究を行っております。そこでなんですが、 ガラスエポキシ樹脂（tanδ＝0.02）よりも誘電正接の大きい媒質（誘電体）を探しています。
カーボンと発泡剤をポリエチレン樹脂とともに混合し加熱した 導電性発泡ポリエチレン のような感じです。 tanδが大きければ大きいほど望ましいです。またたくさん教えていただければ幸いです。 ご存知でしたらお教えください。宜しくお願い致します。
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Date: Thu, 12 Jan 2006 20:32:24 +0900
A: K君、佐藤勝昭です。
通常は、損失の少ない（誘電正接の小さな）材料を探すことが多いのですが、電波吸収体だとたしかに逆ですね。
一般にＦＲＰなど複合材料で、炭素繊維や金属繊維を含むものの誘電正接が大きいと存じます。
各社のカタログで調べて見てください。
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Date: Mon, 16 Jan 2006 12:23:31 +0900 (JST)
AA: 返信遅くなって申し訳ありません。先日佐藤先生に回答を頂いたD大学工学部４回生のKと申します。
お忙しい中の熱心なご回答に感謝しています。ありがとうございました。
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720.放射線によるオーステナイト体積率測定
Date: Fri, 13 Jan 2006 15:20:41 +0900 (JST)
Q: 初めまして、I大学大学院２年のIと申します。（掲載時は大学名とともに匿名希望）
鉄の2相組織（フェライトとオーステナイト）の体積率測定をしたいのですが、今まで、力学的な分野を勉強してきたため、 放射線による体積率測定の方法がわかりません。
フェライトの（211）とオーステナイト（220）のピークデータは測定しましたが、そこからの計算方法がわかりません。 突然で申し訳ありません、わかりましたら是非ご教授ください。
よろしくお願いします。
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Date: Mon, 16 Jan 2006 13:55:19 +0900
A: I君、佐藤勝昭です。
私は金属工学の専門ではないので体積率という言葉は初めて聞きまし た。いわゆるステンレスの「オーステナイト量」に相当するものでしょうか？
同じ相であってもＸ線回折のピーク強度は、方位によって異なります。
またピーク強度が各相の面積比に完全に比例するのか自明ではありませ ん。実用的には、100%フェライト相の場合の(211)ピーク強度、100%オ ーステナイト相の(220)ピーク強度を測定しておき、測定したフェライ トの（211）とオーステナイト（220）のピーク強度比を,100%相の対応 する比で割り算すれば求められると存じますが・・。
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Date: Mon, 16 Jan 2006 15:52:50 +0900 (JST)
AA: 専門外のご質問にもかかわらず、早急な返答ありがとうございます。
先生のおっしゃったとおりのオーステナイト量の事ですが、 ピークの強度の割合だけでは、求められないものであるようです。
調べたところ、ピーク強度と計算で求められる理想強度からの算出のようです。（まだ最終回答には至っていないのが、現状です。）
お忙しいところ、お手数をおかけいたしまして申し訳ありませんでした。
誠にありがとうございました。
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721. 水、氷、雪の誘電率
Date: Sat, 14 Jan 2006 10:02:55 +0900
Q: お世話になります、笠井と申します。
物性なんでもＱ＆Ａを見まして、メールを書いております。
仕事とは関係ないのですが、氷の厚さの変化を検出する手段に良い方法がないか、考えております。
冬、北海道の糠平湖では穴を開けてワカサギ釣りを多くの方が楽しまれています。
しかし、湖の中に温泉の沸いている場所やガスが発生する場所が あるそうで、通称"ガス穴"という穴がところどころにできています。
毎年、そのガス穴に足を落としてケガをする人があり、 ガイドの方から、「ガス穴を探知するレーダー見たいなものが作れないでしょうか」と、相談されています。
弊社内でもコンクリートレーダーなど、内部に金属のあるものは検出するものを作っている部署もあるのですが、私は無線機の設計が 仕事で物体の検出技術を検討したことがありません。
ただ、発振回路の動作を考えると誘電率の変化を利用して測定できないだろうかと考えております。
そこで質問なのですが、水−氷−雪の比誘電率はどのくらいの差があるか御存知ないでしょうか。ネットで検索しても うまく見つけることができませんでした。
雪は空気の含有量によって変動は大きく一概には言えないことは予想しております。
また、水も純水は不導体と記憶していますが、湖水はわずかな伝導性があると思います。
何かヒントになるようなことを御存知でしたら、御教授ください。
宜しく御願い致します。
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Date: Sat, 14 Jan 2006 11:17:47 +0900
笠井様、佐藤勝昭です。
水の誘電率は約80、これに対し氷の誘電率は約100です。
古い文献ですが、 Marcus E. Hobbs, Mu Shik Jhon, and Henry Eyring：THE DIELECTRIC CONSTANT OF LIQUID WATER AND VARIOUS FORMS OF ICE ACCORDING TO SIGNIFICANT STRUCTURE THEORY;Proc Natl Acad Sci U S A. 1966 July; 56(1): 31−38.
に詳しく載っています。
直流での誘電率は、水と氷の差が小さいので区別を付けるのは難しいかも知れません。
なお、マイクロ波を使った測定がM. Hallikainenらによって行われています。
これによれば、マイクロ波領域での誘電率は3.2程度ということです。
一方、マイクロ波領域での水の誘電率は70程度あります。
http://www.lsbu.ac.uk/water/microwave.html
従って、マイクロ波を用いれば、水と氷の区別はできるでしょう。
なお、コロラド大のHPによれば、雪に関しては、空気と水と氷の混合物として取り扱うべきであるとされています。
このサイトでは、氷についてマイクロ波での値を紹介しています。
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Date: Mon, 16 Jan 2006 09:01:26 +0900
AA: お世話になります、笠井と申します。
佐藤先生、早速の御回答ありがとうございます。
国内の文献で探そうとしたのが間違いで、海外に目を向けると、色々な情報が出てくるのですね。インターネットの便利さを如実に感じております。
いただいた情報を活用して、うまく検出器にまとめたいと思います。ありがとうございました。
今後とも宜しくお願い致します。
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722. 亜鉛置換フェライトと亜鉛が混入しないフェライトとの磁束密度の差異
Date: Sun, 15 Jan 2006 19:14:29 +0900 (JST)
Q: N大学短期大学部応用化学科1年のOです。匿名でお願いします。
質問なのですが、亜鉛置換型フェライトと亜鉛が混入しないフェライトとが磁束密度等にどの程度差異が生じるのもなのか、または違う理由について調べているのですが、なかなか回答が見つからなく、メール致しました。
板違いかもしれませんが、もし何かわかることがあったら、返答お願いいたします。
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A: O君、佐藤勝昭です。
ニッケル亜鉛フェライトの磁化が亜鉛の組成と共に増加する理由については、 「物性なんでもQ&A」の306番に出ています。
また、詳細は「磁性体ハンドブック」（朝倉書店、1975)のp.607-624あたりを読 んでください。
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Date: Mon, 16 Jan 2006 18:48:52 +0900 (JST)
Q2: 佐藤勝昭先生へ。
N大学短期大学部応用化学科1年のOです。
昨日の質問のお返事、どうもありがとうございました。
佐藤先生のおかげで少しばかりですが理解出来ました。
ですが、結局亜鉛置換型フェライトと亜鉛が入っていないフェライトでは、どちらの方が磁力が強いのでしょうか？
Zn2＋が4ｓと4ｐの軌道を使って、部分的なｓｐ3共有結合をつくるため、4配位位置にあって6配位位置の磁気モーメントを打ち消しあっていたFe3＋が減り6配位位置にはいるので、その差だけ磁気モーメントは増大する。またM2＋のもっている磁気モーメントｍμBもZn2＋との置換分だけ減るのでモル分率XをZn2＋で置換した場合の亜鉛置換型フェライトでは、差し引きX(10−ｍ）μBの磁気モーメントだけ増大する。 っということまでわかったのです。
これを読んで自分なりに理解したのですが、亜鉛が入っていないフェライトの方が磁気が大きくなると私は考えたのですが…
でも正確な答えがわかりません。
友達は、亜鉛置換型フェライトの方が磁力が大きくなると言っていました。
それはｐHの関係だったり、温度が関係してくると言っていました。
でも上記に書いた文章を読むと、亜鉛が入っていないフェライトの方が磁力が大きいのではないかと思ったのです。
もし何か手がかりになるようなことがあったらご返答お願いいたします。
重ね重ね質問の失礼致します。
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Date: Tue, 17 Jan 2006 17:22:54 +0900
A2:O君、佐藤勝昭です。
磁性体ハンドブックp.617にさまざまなフェライト(M1-xZnxFe2O4)のT=0Kにおける自発磁化pmのZn濃度依存性が載っています。（添付図参照） 絶対０度では、x=0.4付近でpmが最大となり、さらにxが増大すると減少します。しかし、Znの増加とともに、キュリー温度が低下するので、室 温での飽和磁化の値は、必ずしも増大しないのです。
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723. ITO電極の導電率,誘電率,透磁率
Date: Mon, 16 Jan 2006 14:40:38 +0900
Q: 佐藤勝昭先生へ
はじめまして。突然のメールでお許し下さい。
私はK大学大学院で電気電子工学を専攻しているHです（匿名でお願いします）。
今回インターネットでITO電極について調べている際に佐藤先生のホームページを拝見させていただきメールを送らせていただきました。
私は現在,FDTD法（有限差分時間領域法）を用いてIPS液晶ディスプレイについての光波伝播解析に関する研究を行っています。
研究内容としてはIPS液晶においてのカラーシフト現象について数値的に解析を行っています。
現在は特に,これまで設定していたIPS液晶内の完全導体電極を透明電極に変えることによって、 より実際の液晶モデルに近づけていきたいと考えています。
そこでITO電極の波長が450[nm],650[nm]における導電率,誘電率,透磁率のそれぞれのパラメーターについて教えていただきたいのです。
貴重なお時間を頂くことに恐縮いたします。
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Date: Mon, 16 Jan 2006 18:57:25 +0900
A:H君、佐藤勝昭です。
ＩＴＯと一口にいいますが、これはIn2O3とSnO2の混晶ですから、組 成比によっても、導電率によっても光学定数は変化します。
J. Bartella, J. Schroeder and K. Witting:Characterization of ITO - and TiOxNy films by spectroscopic ellipsometry, spectra- photometry and XPS; Appl. Surf. Sci. 179 [1-4] (2001) pp.182-191 のFig.2から読み取ったIn2O3 90%, SnO2 10% のＩＴＯの屈折率ｎと消 光係数κは次の通りです。また、ε'=n^2-κ^2によって誘電率の実数部 を、ε"=2nκによって誘電率の虚数部を計算しておきました。また光学 伝導率の実数部σ'をσ'=ωεoε"により計算しました。[単位はS/m]
なお、比透磁率は１です。
試料中心部
| 波長 | ｎ | κ | ε' | ε" | σ' |
| 450nm | 1.92 | 0.001 | 3.69 | 0.0038 | 46.9' |
| 650nm | 1.70 | 0 | 2.89 | 0 | 0 |
| 450nm 1.72 | 0.022 | 2.96 | 0.0758 | 936 |
| 650nm 1.42 | 0.001 | 2.01 | 0.0028 | 34.6 |
Date: Mon, 16 Jan 2006 21:10:09 +0900
Q2: 佐藤勝昭先生へ
早速のご回答本当にありがとうございます。
説明不足で申し訳ございませんでした。
求めるITOのパラメータはできるだけ実際に使われているIPS液晶においてのパラメーターです。
先生からのお返事では資料中心部と資料周辺部でわかれているのですが, これはITOの導体内部とITOの表面部分という意味でよろしいでしょうか。
お忙しい中、本当にありがとうございました。
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Date: Mon, 16 Jan 2006 21:28:06 +0900
A2:H君、佐藤勝昭です。
これは、作製時に小さなターゲットを使ったため、周辺と中心でむら ができたためではないかと存じます。表面と内部という意味ではありま せん。試料中心部のデータをお使いください。
なお、実際に使われているITOのIn2O3:SnO2比率はLCDを作っている会 社に聞かないとわかりません。
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Date: Tue, 17 Jan 2006 13:56:12 +0900
AA:佐藤勝昭先生へ
お忙しいところ,申し訳ございませんでした。
文献の方は確かに確認できました。
わざわざお調べ頂き,本当にどうも有難う御座いました。
これらのデータを研究に活かしたいと思います。
大変参考になりました。
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724. 完全導体と超伝導のちがい
Date: Mon, 16 Jan 2006 21:52:07 +0900
Q:O大理物のMと申します。
公開時は個人情報は匿名でお願いいたします。
テキストに「超伝導体のマイスナー効果は、完全伝導性のみからでは説明できない」という記述があったのですが、どうも理解ができません。
私なりには次のように考えました。
完全伝導性つまりρ＝０およびオームの法則Ｅ＝ρ*JよりE＝０
マックスウェル方程式よりδB/δt=0
よってB＝定数
よって、完全伝導性だけではB＝０が説明できない
ご教授のほどお願いいたします。
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Date: Tue, 17 Jan 2006 00:19:33 +0900
A:M君、佐藤勝昭です。
材料系物理工学 第６回 2003.12.01より
「1933年Meissner, Ochsenfeldは、超伝導体の外側の磁界を調べて、磁界中で超 伝導体を冷却した場合にも、磁束は超伝導体から完全に排除されていることを見 出した。これを完全反磁性またはマイスナー効果という。
完全導体だとすると、無磁界中で冷却して磁界をかけると磁束が排除され、始めに磁界を加えておいて冷却したときは磁束に変化はなく、 磁界を取り去ると内部の磁束が保持されるはずである。
(第１種)超伝導体を、無磁界中で冷却し後から磁界を加えたときも、磁界中で冷却したときも、同じように超伝導体から磁束は排除される。 経過した過程によらない。
このことにより、超伝導体は完全導体ではないことが確認された。」
これを数式でどう表現できるか、自分で考えてみてください。
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725. 酸化亜鉛[ZnO]の光化学反応成長のための基板について
Date: Tue, 17 Jan 2006 18:22:12 +0900
Q: N大学で半導体について学んでいる修士１年のHと申します。質問したい事がありま してメールさせていただきます。よろしくお願いします。
お手数掛けますが、Webにアップする際は匿名でお願いします。
私はZnO薄膜の作製について研究しています。作製法は溶液からの成長法です。しかし、一般に 知られている溶液成長法とは違い、溶液中に基板を浸し、基板に光を照射する事で成長を行うと いう珍しい方法です。
溶液条件についてはある程度絞り込めたのですが、現在、私が悩んでいるのが基板に用いる材料 は何が良いか、ということです。
当初、膜作製後に光学的・電気的な測定がしやすい、電気化学的な堆積によく用いられると 言う理由でITO基板の使用を試みたのですが、評価した結果からZnOの特性がはっきりと得られて いません。
色々論文等を調べてみたのですが意外と何故その基板を用いたのかは明記されておらず、 格子定数の観点から考えて見たこともあるんですが良く分りませんでした。
そこで、ZnO成長にITO基板を用いるのはどうなのか、だめだとしたらどのような基板が良いのか、 基板選択にはどのようなことに気をつけるべきなのか、ということについてご意見をいただきたいと考え、 メールさせていただきます。
よろしくお願いします。
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Date: Tue, 17 Jan 2006 21:09:58 +0900
H君、佐藤勝昭です。
修士論文の研究であれば、本来、最初に指導教員に相談すべきです。
私が、あなたの指導教員なら、私を差し置いて匿名で他人に相談するな んてもってのほかだと怒るでしょう。私の指導能力を否定されたような ものですから。指導教員に聞いたけれど納得いかない答えしかなかった ということだと理解して、考えるためのヒントをお答えしましょう。
溶液中に基板を入れて、光を当てて結晶成長が起きるために、どのよ うなプロセスが関与しているかを考えてください。
ITOをなぜ使うように教員から指示されたのでしょう。ITOの特徴は導 電性があること、透明であることです。ITOのバンドギャップは紫外光 領域にありますから、可視光線を受けても何ら励起が起きません。従っ て、光の効果は、溶液にあると存じます。溶液の種類はご質問からはわ かりませんが、基板付近に溶液の分子があり、光が当たると何らかの触 媒反応が起きて溶液の分子が分解して付着することを期待しているので しょう。この意味では光触媒作用の大きなTiO2を用いるのが良いかも知 れません。ITOは多結晶なので、エピ成長と違うので、格子定数から見 て選択するという話ではないでしょう。
一方、きちんと溶液が分解してZnOが基板に付くのだけれど、温度が 低いために結晶化しないでアモルファス状態にとどまっていて、X線回 折で観測してもZnOになっていないというのであれば、アニールすれば 多結晶が表面に析出すると考えられます。
あなたの質問では、肝心の情報がないため、適切なアドバイスをする ことができません。まずは、指導教員と話し合って、何が問題かをよく 詰めてください。その上で、誰かにアドバイスをもらった方がよいとい うことになれば、もっと詳細を私に教えてください。
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Date: Wed, 18 Jan 2006 14:17:27 +0900
Q2: Hです。ありがとうございます。
まず、最初に私の言葉足らずな部分があり、申し訳ありませんでした。
もちろん、指導教官とも研究室の先輩とも相談しました。しかし、納得いかない部分が あったので今回メールしたという次第です。
基板にITOを用いた理由ですが、一つ目は可視光を吸収せず、電気抵抗が低いため、光的・電気 的な測定がしやすいから、というものです。二つ目は今まで別の電気化学堆積などの実験で使用 してきたから、というものです。一つ目の理由に関しては自分でも納得しています。二つ目の理 由に関しては、それでいいのか？もう少し深く考えた方がいいのではという気持ちがあります。
ZnO形成反応についてですが、溶液中には亜鉛イオンの供給源(硫酸亜鉛)を溶かし、酸素の供給 源には溶存酸素が作用していると考えています。さらに亜硫酸ナトリウム、少量のチオ硫酸ナト リウムを溶液中に溶かします。この２つの薬品は溶液中で亜硫酸イオン及びチオ硫酸イオンにな り、この２つのイオンは紫外光を吸収し、別のイオンに変わりながら電子を放出するという物質 です。最終的なZnO形成反応としては、光エネルギーをhvとして
2Zn2+ + 4e- + O2 + hv → 2ZnO
もしくは
O2 + hv →2O
Zn2+ + 2e- + O → ZnO
というような反応が起きていると考えていますが、それが本当のことなのかどうかについては正 直な所まだ良く分っていません。さらに、基板上の成長についてですが、形成したZnOが基板上 に付着し、そのZnOに新たなZnOが付着しながら成長すると考えているのですが、そちらもまだ予 測の段階です。
アニール処理については試みた事はあるのですが、まだ深く追求はしていないので今後色々な条 件で行いたいと思います。
最後にですが、決して私は指導教官の力量を疑っているとかまったくそういうことはありません。
ただ、今まで研究活動を行ってきて身内内の常識が世間では違うだとか、我々の実験をまったく 知らないの意見が非常に参考になったということがありました。そういった中で佐藤先生のホー ムページの存在を知り、どんな質問に対しても丁寧に回答されているので、もしかしたら自分の 視野を広げることにつながると思い、今回メールさせていただいたわけです。
またご意見ありましたらお願いします。ありがとうございました。
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Date: Wed, 18 Jan 2006 15:26:20 +0900
Q2':Hです。少し付け加えたい事がありまして、またメールさせていただきます。
溶液に用いる薬品に亜硫酸ナトリウムとチオ硫酸ナトリウムを使用していると書きましたが、 これらの薬品の効果などについては、まだ未解明な部分が多いです。
現段階では２つの薬品を併用する事で何かしらの膜成長反応が見られているという状況です。
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Date: Wed, 18 Jan 2006 20:14:56 +0900
A2: H君、佐藤勝昭です。
事情はわかりました。ITO基板は、この反応にあまり寄与していない ようですね。従って、ZnOとの相性のよい基板がよいでしょう。
ただ、電気的測定などをすることからは、導電性のある基板が必要でしょうし、 光吸収の測定のためには、透明性が必要でしょう。
良質かつ結晶配向性のよい薄膜と言うことから言えば、MgO、SrTiO3、 Al2O3(サファイア）などの単結晶基板を使った方がよいと思いますが、 値段も高いですし、付着するかどうかもわからない段階では、使えない ですね。透明性にこだわらないのであれば、シリコン基板に付けても良 いでしょう。
まずは、結晶性などにこだわらず基板にZnOの多結晶が成長するかだ けを見るのであれば、ガラス基板などに堆積して見て、XRD, EDX, PLな どでZnOが付着しているかを確認することが大切でしょう。そして、光 化学反応の進みやすい波長を探したり、光強度を変えていったり、でき たものをアニールしたり、いろいろな工夫が必要でしょう。
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Date: Thu, 19 Jan 2006 18:48:45 +0900
AA: Hです。指導教官とも話し合った結果、とりあえず今後はSi中心に 調べていこうという事になりました。ガラスについても検討してい きます。Al2O3等についてもいずれ調べてみる必要があるとは思う のですが、現時点ではSiに重点をおいて進めていこうと思います。
佐藤先生のご意見非常に参考になりました。指導教官にも納得して もらえたようです。
ありがとうございました。
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726. ステンレス材SUS321溶接後の磁化
Date: Wed, 18 Jan 2006 18:40:56 +0900
Q: 佐藤勝昭先生へ
はじめまして。突然のメールでお許し下さい。
私は某電機メーカK社に勤めているMです（匿名でお願いします）。
佐藤先生のQ&AのHPを見て、いつも勉強させて頂いております。
御質問なんですがステンレスの丸棒にネジ穴を開けて、ある寸法に 切断し、鉄板に溶接を行った所、磁石がステンレス材にくっつく現象が出ました。
色々、文献を調べた所、ステンレス材を曲げたり、絞ったりの加工を加えると物性が 変化して磁化する事が有ると書かれていたのですが、今回の加工には その様な加工はしていないと思います。
使用している材質はSUS304とSUS321ですが、SUS304で同じ作業をしても この様な事にはなりませんでした。
もし、何かステンレス材が磁化する要因が有るのでしたら、教えて頂けませんでしょうか。
宜しくお願いします。
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Date: Thu, 19 Jan 2006 14:58:05 +0900
A:K電機M様、佐藤勝昭です。
私は、金属工学の専門家ではありませんので、おたずねの件について 自信をもってお答えできないのですが、一般論でお答えします。
一般にステンレス鋼が磁化するのは、残留応力がある場合です。この 残留応力は、機械的な加工だけでなく溶接等による熱的な原因でも生じ ることがあります。そのあたりのことをお調べになってはいかがでしょ うか。牧井ステンレスのHPによれば、最も磁化しにくいのはSUS316だと いうことです。
SUS304, SUS316, SUS321のNi,Cr組成比を見ると
| 材料 | SUS304 | SUS316 | SUS321 |
| Ni | 8-10 | 10-14 | 9-13 |
| Cr | 18-20 | 16-18 | 17-19 |
専門外のため、きちんとしたお答えにならず申しわけありません。
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Date: Thu, 19 Jan 2006 15:24:05 +0900
AA: 専門外のご質問にもかかわらず、早急な返答ありがとうございます。
もう少し、物性の含有率と残留応力について調べてみます。
お忙しいところ、お手数をおかけいたしまして申し訳ありませんでした。
誠にありがとうございました。
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727. 「物性」とは
Date: Thu, 19 Jan 2006 12:18:17 +0900
Q:佐藤先生
技術翻訳者のＭと申します。生物学と有機化学が専門ですが、お恥ずかしいことに 「物性」という言葉の意味がよく分からず、検索していて先生のページに出会いまし た。この際、「物性」について意味と言葉の利用範囲を勉強してみたくなりました。
仕事柄、専門用語に興味をもっております。
よろしくお願い申し上げます.。
「物性」という語を例えば岩波・理化学辞典（５版）で引いてもみつかりませんでし た。広辞苑には「物質の持っている性質」とあり、続けて「物性論」の英訳として 「chemical physics]とありました。ということは「物性」とは「物質の物理的並び に化学的性質」と理解してよろしいのでしょうか。「物性」とは本来どのような意味 で、どのような性質を対象にした概念でしょうか。また相当する英語は何が適当で しょうか。広辞苑の説明からphysico-chemical propertiesなどが頭に浮かびます が、正しい表現をお教えください。
次ぎに「煙の物性」という言葉に出会いました。内容の説明はございませんでした。
「煙の物性」とはどのような性質を指すのでしょうか。
大変恐縮でございますが、ご教示宜しくお願い致します。
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Date: Thu, 19 Jan 2006 15:36:43 +0900
A: 三上様、佐藤勝昭です。
拙著「応用物性」（オーム社）のはしがきに書いたことを引用してお きます。「はしがき われわれは物性論とか物性学というふうに物性 という言葉をよく用いるが，「物性」は日本語特有の言い回しである．
物性を文字どおりに英訳すれば Material Properties（物質の性質） ということになるが，むしろ，Materials Science（材料科学）という ほうが意味をよく表している．しかし，東京大学物性研究所が訳語とし てInstitute for Solid State Physics（固体物理学研究所）を用いて いるように，今日では，物性といえば固体物理を指すことが多い．本書 の「応用物性」というタイトルは「固体物理学の応用」という意味であ ると理解していただきたい．」
応用物理学関係者の間では、このような理解です。しかし、流体物性、 粉体物性、煙の物性など固体以外に使われることも多いようです。また、 光物性、磁気物性のように物質の光学的性質、磁気的性質のこと（ある いはこれらを研究する学問分野）をさすこともあります。
おたずねの「煙の物性」ですが、煙の成り立ち（微粒子）を原子・分子 の立場から考察したり、煙の流れ方、広がり方を流体力学的立場から解 析したりする学問で、煙の物理的性質(physical properties of smoke) およびそれを研究する物理学分野(smoke physics)という意味です。
従って、英訳の場合は、場合によって使い分けるべきではないでしょ うか。
応用物性：applied solid state physics, applied materials science
応用電子物性：applied physics of electronic materials
流体物性：physical properties of fluid, fluid physics
粉体物性：physics and chemistry of powdery materials
煙の物性：physical properties of smoke, smoke physics
光物性：optical properties of materials
磁気物性：magnetic properties of materials
電子物性：electronic properties of materials
物性論：materials science, chemical physics
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Date: Thu, 19 Jan 2006 20:10:05 +0900
AA: 佐藤勝昭先生
お忙しい中、さっそくご教示いただきまして誠に有難うございます。
お蔭様で、いろいろ例をあげてくださったので、「物性」の語義と概念およびその広 がりについて、イメージを描くことができました。今後は貴著をはじめ勉強し、さら に理解を深めたいと存じます。
「物性」は日本語特有のいいまわしである、と申されました。ということは、「物性 学」は日本特有の概念を持った学問領域なのでしょうか。もしそうだとすれば、とて も素晴らしいことだと感じます。物性学の発展をお祈りいたします。
三上洋一
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728. 金属の種類とショットキー接合
Date: Thu, 19 Jan 2006 12:34:36 +0900
Q:佐藤勝昭 先生
A高等専電子情報工学科5年のOと申します。
公開時は申し訳ございませんが、匿名でよろしくお願い致します。
半導体工学は、私の専門外なのですが（専門はネットワーク関連です。）、 以前より大変興味があり、先日、外部校の集中講義を受けてまいりました。
そのときの疑問点が未だ解決できず困っている状況です。
ショットキーダイオードの金属部分、つまり電極部分について ご教授いただきたくご連絡させていただきました。
講義内で、半導体と金属のショットキーを形成する場合、 用いる金属材料（電極材料）は半導体、金属のそれぞれの
仕事関数を考慮して、電極材料を選択しなくてはならない と聞きました。それにつきまして、半導体専門書で調べて みたのですが、私自身の専門知識がないため解明できない状況です。
素人っぽくもうしますと、電極材料は金属であればなんでも
いいのでは。。？と思ってしまいました。
お忙しい中大変申し訳ございませんが、よろしくお願い致します。
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Date: Thu, 19 Jan 2006 16:30:11 +0900A: A高専O君、佐藤勝昭です。
ショットキー接合については、佐藤勝昭編著「応用物性」（オーム社
1991）の第2章（名古屋大竹田先生執筆部分）2.2節p.57をお読みくださ
い。
金属とｎ形半導体の接触を例にとります。金属と半導体の仕事関数をそ
れぞれφm、φsとします。添付図(a)に、接触する前の金属と半導体の
エネルギー帯構造を示します。φmとφsの大小によって接触後のエネル
ギー帯構造が異なり、これが、整流性の有無につながります。
(1)φm>φsの場合 接触前は図(a)のように半導体のフェルミ準位の報
が金属のそれより高いため、接触によって半導体の電子が金属に流れ込
み、フェルミ準位が一致します。その結果、図(b)のように半導体内部
のエネルギー準位はφm-φsだけ下がり、系全体が平衡状態になります。
半導体の中で金属に面した界面付近では、電子が金属に流れ出したため、
＋にイオン化したドナーが空間電荷として残り、電位の障壁ができます。
これをショットキー障壁と言います。半導体側から見た障壁高さeVdは
φm-φsに等しいけれど、金属側から見た障壁高さはφm-χsで表されま
す。(ここにχsは電子親和力)この場合には、金属側と半導体側の障壁
高さが異なるので整流性が生じます。
(2)φm<φsの場合 接触前の半導体のフェルミ準位の方が金属のそれよ
り低いため、接触によって、金属から半導体に電子が流れ込み、フェル
ミ準位が一致します。この場合、図(c)のように半導体内部のエネルギ
ー準位がφs-φmだけ上がり、半導体側に空間電荷は生じないので、整
流性は生じません。つまり、オーム性接触となるのです。
半絶縁性シリコンの仕事関数φsは4.4eV, アルミニウムAlの仕事関数
φm=4.2eV、白金Ptの仕事関数φm=6.35。従って、Alではオーム性ですが、
Ptでは整流性となります。
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729. P形半導体のショットキーダイオード
Date: Fri, 20 Jan 2006 00:49:35 +0900 (JST)
Q:佐藤勝昭 先生
H社のOと申します。申し訳ありませんが、公開時は会社名および名前は伏せていただきたく存じます。
HPを拝見させてもらい、メールをさせていただきました。
質問ですが、ショットキー接合ダイオードに関していろいろな参考書などを見ますと、 多くの場合n型半導体と金属の接合が取り上げられておりますが、これはn型のものが 主流であるからでしょうか？
もしそうならばn型のほうが主流である理由はなんでしょうか？
p型半導体では障壁ハイトが大きな金属の組み合わせが、n型のものより乏しいことや、 電子とホールの移動度の違い（電子＞ホール）によるものが原因かと考えましたが、 専門知識がまだ浅い（化学科出身のため）ので、はっきりとした原因がわかりません。
何か情報をいただけたら幸です。
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Date: Fri, 20 Jan 2006 13:15:31 +0900
A1: O様、佐藤勝昭です。
「なんでもＱ＆Ａ」No.728の図において、 ｐ形に対するショットキーは図(c)において、半導体の価電子帯の頂がフェルミ準位に近いような場 合になります。この場合、ｎ形でオーム性接触だった金属のほとんどはショットキー接合を作る ことになります。教科書の例示は、考えやすいものについて示しているだけのことです。
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Date: Tue, 31 Jan 2006 13:54:34 +0900
AA2;佐藤勝昭 先生
お返事大変遅くなりまして申し訳ございません。
先日はどうもありがとうございました。
A高専電子情報工学科5年のOと申します。
ショットキーダイオードについての疑問点を解決することができました。
今後も勉学に励みますので、何かありましたらよろしくお願いします。
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Date: Fri, 20 Jan 2006 21:58:53 +0900 (JST)
Q2: 佐藤勝昭 先生
Oです。ご返答ありがとうございました。
では、p形とn形のショットキーダイオードにおいてどちらが特性のよいショットキーダイオードを 作りやすいでしょうか？整流回路として用いる際にはどちらの方が適しているのでしょうか？p形の ものとn形のもののそれぞれの利点て有るのでしょうか？
個人的には、電子の移動度のほうがホールよりも良いことや、調べた限りではバリアハイトが 大きい組み合わせはn形の方が作りやすい（実際は違うかもしれませんが・・・）ような印象が あるので、n形のショットキーダイオードを用いる方が良いのかと思いますが、何か情報を いただけたら幸です。
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Date: Mon, 23 Jan 2006 00:45:10 +0900
A2: O様、佐藤勝昭です。
ｐ形シリコンとAuとの接触はショットキー接合を作ることは有名です。
ヒューレットパッカード社のWeb によれば、ｐ形ダイオードは、ｎ形と違ってバイアスを必要としないので、RF/IDシステムの高周波受信 素子として好都合だと書いてあります。
また、メリーランド大学電子工学・応用物理研究所のHP によれば、p形の方がｎ形より高周波特性が悪いようです。(ホールの移動度のほうが電子の移動度よりも高いことによります。）
申しわけありませんが、これ以上のことはわかりません。なにかの手がかりになれば幸いです。
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Date: Mon, 23 Jan 2006 23:38:34 +0900 (JST)
AA: 佐藤勝昭 先生
こんばんは、Oです。
ご連絡ありがとうございます。親切丁寧な対応をしてくださりいろいろ重要な情報を得ることができました。
いろいろ参考にさせていただきます。ありがとうございました。
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730. 屈折率から干渉縞を求めるには
Date: Fri, 20 Jan 2006 16:52:32 +0900
Q: こんにちは、N大学生産システム工学科4年 W（公開時匿名希望）
と申します。
以前にもこちらにてお世話になったのですが、研究を進める過程で再度不明な点が出 てきましたので質問させて頂きたいと思います。
分光光度計による干渉縞の測定結果から膜の屈折率ｎを求める方法は分かっているの ですが、その逆・つまり、屈折率ｎを既知として干渉縞を表す曲線を算出することは 可能なのでしょうか？もし、存在するのであれば作成した薄膜と理想的な薄膜との比 較が目に見える形となるので、大変役立つものとなるのですが。
また、膜厚がある程度厚くなると干渉縞が現れにくくなったのですが、これについて 「光路長が波長と同じオーダーである」という干渉が起こる条件によるものだと推測 しています。ここで初歩的な質問で申し訳ないのですが、なぜ「同じオーダー」でな ければならないのでしょうか？よろしければお教え頂けないでしょうか。
参考程度に申し上げますと、ZnO薄膜（MSP法)を作成し、紫外・可視分光光度計を用い て測定しています。
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Date: Sat, 21 Jan 2006 07:14:19 +0900
A: W君、佐藤勝昭です。
卒業研究ですか？それなら基本的には、指導教員に教わってください。
光学薄膜の干渉縞を出す式は、どのような光学の教科書にも出ています。
今日・明日は、大学入試センター試験のため、ゆっくり回答している 時間がありませんので後ほど詳細をお答えします。基本的には、 なんでもＱ＆ＡNo.108番の質問と同じですので、そちらを参照してください。
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Date: Mon, 23 Jan 2006 10:07:19 +0900
AA1: 遅ればせながら、只今メールを確認させていただきました。
お忙しい中のご返答、誠にありがとうございました。
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Date: Tue, 24 Jan 2006 01:46:26 +0900
A2: 先日は、センターテストの運営のため、時間が無く急いでいて、十分な答えをせ ずゴメンなさい。
なんでもＱ＆Ａの108によれば、振幅反射率rは、
r=Er/E0={r0+r1exp(i2φ)}/{1+r1r0exp(i2φ)} ここにφ=2π(n+ik)d/λは薄膜の中をdだけ光が進むときの位相の変化です。
ここにr0, r1はそれぞれ、空気と薄膜、薄膜と基板の界面での振幅反射率です。
r0=(1-n-ik)/(1+n+ik),
r1=(n+ik-ns)/(n+ik+ns)
もし、吸収が無くk=0であれば、
r0=(1-n)/(1+n),
r1=(n-ns)/(n+ns)
一例として、石英ガラス基板(ns=1.46 at 550nm)にZnO(n=2.1 at 550nm)を膜厚dだ け積んだ場合を考えます。
r0=-0.46/1.46=0.315
r1=(2.1-1.46)/(2.1+1.46)=0.64/3.56=0.179
振幅反射率rがわかると、振幅透過率tは、
t=1-r=1{r0+r1exp(i2φ)}/{1+r1r0exp(i2φ)}
φ=2πnd/λ
従って、
t=1-{0.315+0.179exp(i8.4πd/λ)}/{1+0.0564exp(i8.4πd/λ)}
光強度の透過率Tは
T=|t|2
この手続きは、エクセルでも計算できます。（ただし、分析ツールにチェックして ください）なんでもＱ＆ＡのNo.109参照。
また、膜厚がある程度厚くなると干渉縞が現れにくくなるのは、上式の exp(i8.4πd/λ) の振動周期が短くなり干渉縞が見えにくくなるのです。
また、あまりにも膜厚ｄが薄いときは、干渉縞の周期が長くなって見えにくくなり ます。dが波長に近いときに干渉縞がよく見えるのです。
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Date: Tue, 24 Jan 2006 13:10:04 +0900
AA2:詳しい解説をして頂き、ありがとうございました。
早速試してみたいと思います。
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731. In2O3の誘電率
Date: Mon, 23 Jan 2006 12:00:35 +0900
Q: 佐藤勝昭先生へ
はじめまして、K大学工学部４回生Kと申します。
（恐縮ですが、HP上では匿名でお願い致します）
物性なんでもQ&Aのサイトを拝見し、メールさせて頂きました。
現在、Iｎ2O3の誘電率を、文献、ネット上などで調べているのですが、なかなかみつかりません。
よい文献等ございましたら、お教えいただけないでしょうか。
よろしくお願い致します。
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Date: Mon, 23 Jan 2006 13:23:03 +0900
A: K君、佐藤勝昭です。
LTSという化学薬品の会社のHPによれば、In2O3の屈折率nは1.88となっています。
In2O3の誘電率にイオン分極による寄与がなく、電子分極のみに由来するとしますと、 ε=n2と近似できますから、ほぼ3.5ではないかと存じます。
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Date: Mon, 23 Jan 2006 14:56:58 +0900
AA: K大学のKです。
佐藤先生、お忙しい中、迅速かつ丁寧なご返答ありがとうございます。
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732. 電磁シールドにゴムは使えるか
Date: Mon, 23 Jan 2006 14:36:08 +0900
Q: 佐藤勝昭 先生へ
はじめまして、突然のメールお許し下さい、佐藤先生のＨＰを拝見させて頂き、 大変難解な質問にも、明快なお答えを、出され、感動いたしました。
私は、自営業の立岡と申します。個人的に、ＥＭＣ（生体波）の遮蔽研究を行っております。
素朴な疑問なのですが、通常、直流磁界には、何の意味もない、ゴム部材ですが、 交流電磁波は、電界→磁界と交互に発生致しますが、例えば、（１Ｍ幅、３０００ＭＨＺ） の交流電磁波を遮蔽したい場合、不導体のゴム材（１．１Ｍの厚さの物）で発生源を囲った場合、 透過現象まで、達成できますでしようか？
電磁波も電気の性質を兼ね備えておりますので、可能かと考えて見ました。佐藤先生、 ご多忙の中、大変申し訳御座いません、宜しければお答え頂ければ、幸いで御座います。
机下
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Date: Mon, 23 Jan 2006 17:49:49 +0900
A: 立岡様、佐藤勝昭です。
「1m幅3000MHzの交流電磁波」、「透過現象まで達成できますでしようか」という ご質問の意味がよくわからないのですが、
要するに、「幅1mの隙間から出てくる3GHzの電磁波を1m10cmものぶ厚 さのゴムで覆ったら遮蔽できるか？」というご質問ではないかと存じます。
結論は「誘電損失の少ないゴムであれば不可能であるが、クロロプレンゴムのように 誘電損失の大きいゴムなら可能」です。
昭和電線のHP によれば、
EPゴムの比誘電率εは4〜5、誘電正接tanδは1〜2%ですから、それぞれε=5, tanδ=2%とし て、複素比誘電率ε*はε*=5-0.1j(jは虚数単位）と書くことができます。
これから、伝搬定数βを求めると、
β=(ω/c)(ε*)^(1/2)=(2πf/c)(ε*)^(1/2)
=(2π3×10^9/3×10^8)(3.162-0.022j)=(66.2-0.46j)[m^-1]
となります。
このゴムに入射する電磁波の電圧Ei、ゴムから出射電磁波の電圧Eo、 ゴムの厚さx=1.1[m]とすると、電圧の振幅透過率は、
T=|Eo|/|Ei|=|exp(-jβx)|=|exp(-j66.2x)exp(-0.46x)|
=exp(-0.506)=0.312
となり、約4.dBの減衰ということになります。
一方、クロロプレンゴムだと、比誘電率7-10, 誘電正接15%以下という ことなので、ε*=10-1.5jとすると、
β=(2π3×10^9/3×10^8)(10-1.5j)^1/2＝62.8(3.17-0.24j)
=199.1-15.1j
T=exp(-15.1×1.1)=exp(-16.61)=6.11×10^-8
となり、134dBの減衰となります。
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Date: Mon, 23 Jan 2006 19:12:32 +0900 Q2:佐藤勝昭先生、
早々ご返答頂きまして、感謝に耐えません、有難う御座いました。
自分の文章能力が欠けており、誤った御質問をしてしまい、 申し訳御座いません、反省しております。
私は、個人的に、電波暗室を作成しておりまして、フェライトタイルや、 ウレタン、パーマロイ、等の部材を使い、遮蔽を試しましたが、如何しても 電暗室内部に交流磁界が入り込み、☆電波の２次発起現象が起きてしまい、 頭を悩まされておりました、特に３０００ＭＨＺ帯の交流磁界波（電磁波） この度、尊敬致します、佐藤勝昭先生から、誘電損失式を頂きまして、 心強く感じております。
製作に当たりまして、少々、心配ごとなのですが、
クロロプレーン、ゴムの様な導電損失の大きいゴム部材で、（１Ｍの厚さ） 電波暗室を囲えば、空中放電率（２００Ｗ）にて、 ３０００ＭＨＺの周波数は遮蔽で出来ますでしょうか？
繰り返し、申し訳御座いません、お答え頂けましたら、幸いで御座います。
机下
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Date: Mon, 23 Jan 2006 20:50:26 +0900
A2: 立岡様、佐藤勝昭です。
前回お答えしたクロロプレンゴムの誘電損失は、どの周波数で測定し たものかわかりませんが、たぶんギガヘルツ帯ではもっと損失が増加す ると思いますので、少なくとも1mもの厚さがあれば、測定不可能なくら い減衰するのではないでしょうか。クロロプレンゴムにカーボンや研削 スラッジを加えた複合材料を使えば、もっと薄いゴムでも十分に遮蔽で きるのではないかと思います。
実際、インターネットで調べたところ、「ギガヘルツ対応モバイル通 信機器用材料」（住ベ・筒中テクノの調査研究レポート；2004.10発行、 \99,750)という高い書物の「第６章 高周波電磁波シールド・吸収材料」 に、「研削スラッジ／クロロプレンゴム複合材料を用いた電波吸収体」 という項があるようです。私は持っておりませんが、東工大のような大 きな大学の図書館、国会図書館などに行けば閲覧できるのではないかと 思います。
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Date: Mon, 23 Jan 2006 22:08:19 +0900
AA: 佐藤勝昭先生
大変、ご多忙の中、この度は、御質問に対し、懇切丁寧に、御助言、ご返答、を頂まして、 感謝の気持ちで一杯で御座います。有難う御座いました。
半ば、諦め掛けておりました、電磁波遮蔽に活路が見出されたようでございます。
僭越では御座いますが、尊敬いたします、佐藤勝昭先生の第１１回の洋画個展の際は、 是非とも、襟を正して、お祝いに駆けつけたいと、考えております。
有難う御座いました。
机下
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733. シェラーの式について
Date: Mon, 23 Jan 2006 17:41:28 +0900
Q: 奈良先端大、物質創成科学研究科Ｍ１の高橋です。
Ｘ線構造解析について質問があります。僕の研究はナノ粒子を作製して発光特性を調 べる研究をしています。
最近、Ｘ線構造解析を行いました。解析結果からシェラーの式を用いて粒子の大きさ をもとめようと思うのですが、いまいち計算方法が理解できません。お手数ですが、 Ｘ線構造解析の概要など教えていただきたいです。
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Date: Tue, 24 Jan 2006 14:01:28 +0900
AA: 奈良先端大高橋君、佐藤勝昭です。
シェラーの式については、名古屋工業大学の井田先生の
「機能解析特論」の講義録の中の「６ 微小な結晶からの回折」にある 解説pdfがわかりやすいです。ぜひご参照ください。
それでわからないときには、再度ご質問ください。
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734. PZTのエッチャント
Date: Wed, 25 Jan 2006 09:20:38 +0900
Q:東京農工大 佐藤様
突然のメールで失礼します．
M電機のAと申します．
ネットでQ&Aコーナーを知り，ご連絡をいたしました．
【質問】
PZTのウェットエッチング用のエッチャントを探しています．
SiO2基板の上に，Pt（電極）・PZTの構成です．ここで，PZTをパターニングする際に 簡易的な方法としてウェットエッチングを予定しています．（RIEは使用しない．）
PZTとPtで，選択性を持たせたいと考えています．（PZTだけ反応）
・今までに検討した薬液
バッファードフッ酸（PZT，Pt反応）
塩酸（PZT，Pt無反応）
硝酸（PZT，Pt無反応）
硝酸第二セシウムアンモニウム（PZT，Pt無反応）
また，PZT（酸化物）の1次イオン化エネルギーは，Pb,Zr,Tiの1次イオン化エネルギーを 超えないのでしょうか？ PZTのイオン化エネルギーはどれくらいなんでしょうか？（算出方法など）
お忙しいと思いますが，宜しくお願いします．
Webにアップする場合は，匿名でお願いします．
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Date: Wed, 25 Jan 2006 15:34:11 +0900
A: A様、佐藤勝昭です。
たぶん既にご存じでしょうが、PZTの清浄化エッチングについては、
http://scholar.lib.vt.edu/theses/available/etd-092099-110827/unrestricted/chapter3.PDF
に詳しく出ています。
これは、
June Key Lee, Youngsoo Park, Ilsub Chung, Sang Jeong Oh, Dong Jin Jung, Yoon Jong Song, Bon Jae Koo, Sung Yung Lee, Kinam Kim, and Seshu B. Desu: Improvement in the electrical properties in Pt/Pb(Zr0.52Ti0.48)O3/Pt ferroelectric capacitors using a wet cleaning method: Journal of Applied Physics Volume 86, Issue 11, pp. 5927-6612と同じ内容です。
それによれば、
「湿式の清浄化の実験において、様々な溶液の混合物において最適な溶 液組成を決める実験を行った。はじめに、酸化チタン、酸化ジルコン、 酸化鉛などのPZTの成分に対する適切なエッチャントを決定した。PZTの エッチング速度は適切な溶媒を用いてエッチング液の濃度を変えること で調整できる。調査した溶液のうち、エタノール(EtOH), 酢酸(CH3COOH, AcOH)，BOE (バッファードフッ酸, 6.6% HF) の体積比14.0/1.5/0.5の 溶液が清浄化には最も優れた特性を示した」とあります。
これは、あくまで清浄化のためのエッチャントですから、そのままでは マイクロメータオーダの膜の加工には使えないでしょうが、これを参考 に探すしかないのではないでしょうか。
なお、PZ