(57)【要約】【課題】簡便に製造できるとともに圧電性を向上させた圧電素子および圧電素子の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】圧電素子において、基板と、基板上に形成され、表面修飾が施された電極と、電極上に形成されるβ型ポリフッ化ビニリデン膜と、を備え、表面修飾は、β型ポリフッ化ビニリデン膜を配向するものとした。【選択図】図１
2020031125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成され、表面修飾が施された電極と、
前記電極上に形成されるβ型ポリフッ化ビニリデン膜と、
を備え、
前記表面修飾は、前記β型ポリフッ化ビニリデン膜を配向するものであることを特徴とする圧電素子。
【請求項２】
前記表面修飾は、チオール修飾であることを特徴とする請求項１に記載の圧電素子。
【請求項３】
前記β型ポリフッ化ビニリデン膜は、ポリフッ化ビニリデンを含有する塗布膜を乾燥した乾燥膜からなり、
前記塗布膜は、該ポリフッ化ビニリデンを溶解してβ型に固定する水溶性極性溶媒を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の圧電素子。
【請求項４】
前記β型ポリフッ化ビニリデン膜は、多孔性の膜である請求項１〜３の何れか一項に記載の圧電素子。
【請求項５】
複数の前記基板と、
複数の前記基板にそれぞれ形成され、それぞれ異なる修飾剤により前記表面修飾された複数の前記電極と、を備え、
前記β型ポリフッ化ビニリデン膜は、複数の前記電極間に形成されることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の圧電素子。
【請求項６】
基板上に電極を形成する工程と、
前記電極に表面修飾を施す工程と、
前記電極上にβ型ポリフッ化ビニリデン膜を形成する工程と、を含み、
前記β型ポリフッ化ビニリデン膜を形成する工程は、
ポリフッ化ビニリデンと、該ポリフッ化ビニリデンを溶解してβ型に固定する水溶性極性溶媒と、前記水溶性極性溶媒よりも沸点が低い有機溶媒とを混合して塗布液を生成する工程と、
前記塗布液を前記電極の表面に塗布して塗布膜を形成する工程と、
前記塗布膜を乾燥して水洗する工程と、を含み、
前記表面修飾は、前記β型ポリフッ化ビニリデン膜を配向するものであることを特徴とする圧電素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子および圧電素子の製造方法に関するものであり、詳しくはβ型ポリフッ化ビニリデン膜を備える圧電素子および該圧電素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電性を有する強誘電体材料であるポリフッ化ビニリデン（以下、「ＰＶＤＦ」と称する）は、有機ポリマーであることから、軽量でかつフレキシブルな圧力センサのための材料として期待されている。ＰＶＤＦは主に３つの結晶構造を有することが知られており、その３つとはそれぞれ、自発分極を有さないα型、最も大きな自発分極を有するβ型、α型とβ型が混在したγ型、である。例えば、ＰＶＤＦ薄膜を塗布形成した場合、薄膜中の結晶構造は最もエネルギー的に安定であるα型が支配的となり、圧電性を有しない。そのため、圧電性を発現させるためには、ポーリングと呼ばれる分極処理によって薄膜中の結晶構造をβ型に相転移させる必要がある。
【０００３】
従来、ポーリングには、押出成型法によって得られたα型ＰＶＤＦ薄膜に高電界を印加 する電界ポーリング、または押出成型法によって得られたα型ＰＶＤＦ薄膜を延伸しながら高温で加熱する熱ポーリングが主に用いられている（例えば特許文献１）。しかしながら、電界ポーリングおよび熱ポーリングを行うためには、大掛かりな製造設備と非常に煩雑な製造工程とが必要になる。
【０００４】
この問題を解決するため、近年、溶液塗布法によってβ型ＰＶＤＦ薄膜を生成することが提案されている（例えば特許文献２）。溶液塗布法では、ＰＶＤＦと、ＰＶＤＦをβ型に固定化する機能を有する水溶性極性溶媒と、有機溶媒とを混合した塗布液を、基板上に塗布および乾燥させるといった簡便な工程で、β型ＰＶＤＦ薄膜を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２４１１９５号公報
【特許文献２】特開２０１４−４３５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、溶液塗布法により形成したβ型ＰＶＤＦ薄膜を用いた圧電素子の圧電性は低く、該圧電体を圧力センサとして用いた場合には、出力電圧がほとんど得られないといった課題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、簡便に製造できるとともに圧電性を向上させた圧電素子および圧電素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る圧電素子は、基板と、基板上に形成され、表面修飾が施された電極と、電極上に形成されるβ型ポリフッ化ビニリデン膜と、を備え、表面修飾は、β型ポリフッ化ビニリデン膜を配向するものである。
【０００９】
また、本発明に係る圧電素子の製造方法は、基板上に電極を形成する工程と、電極に表面修飾を施す工程と、電極上にβ型ポリフッ化ビニリデン膜を形成する工程と、を含み、β型ポリフッ化ビニリデン膜を形成する工程は、ポリフッ化ビニリデンと、該ポリフッ化ビニリデンを溶解してβ型に固定する水溶性極性溶媒と、水溶性極性溶媒よりも沸点が低い有機溶媒とを混合して塗布液を生成する工程と、塗布液を電極の表面に塗布して塗布膜を形成する工程と、塗布膜を乾燥して水洗する工程と、を含み、表面修飾は、β型ポリフッ化ビニリデン膜を配向するものである。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明の圧電素子によれば、電極に施された表面修飾により、β型ポリフッ化ビニリデン膜が配向され、圧電性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態における圧電素子の断面模式図である。
【図２】実施の形態における圧電素子の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】従来技術のβ型ＰＶＤＦ膜内の分子の向きを示す模式図である。
【図４】実施の形態の圧電素子におけるβ型ＰＶＤＦ膜内の分子の向きを示す模式図である。
【図５】下部電極の表面にＰＦＤＴによる表面修飾を施した場合のβ型ＰＶＤＦ膜の配向を説明する図である。
【図６】下部電極の表面にＤＴによる表面修飾を施した場合のβ型ＰＶＤＦ膜の配向を説明する図である。
【図７】実施の形態の圧力センサの上面図である。
【図８】実施の形態の圧力センサを図７のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【図９】実施の形態の圧力センサを用いた測定システムの概略構成図である。
【図１０】従来技術のβ型ＰＶＤＦ膜を用いた圧力センサの測定結果である。
【図１１】実施の形態の圧力センサの測定結果であり、ＰＦＤＴによる表面修飾を施した場合の測定結果である。
【図１２】ＰＦＤＴによる表面修飾を施した場合の圧力センサにおける出力電圧の符号を説明する図である。
【図１３】実施の形態の圧力センサの測定結果であり、ＤＴによる表面修飾を施した場合の測定結果である。
【図１４】ＤＴによる表面修飾を施した場合の圧力センサにおける出力電圧の符号を説明する図である。
【図１５】変形例における圧電素子の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本実施の形態の圧電素子１０および圧電素子１０の製造方法について説明する。図１は、本発明の実施の形態における圧電素子１０の断面模式図である。図１に示すように、本実施の形態の圧電素子１０は、基板１と、表面修飾３が施された下部電極２と、β型ポリフッ化ビニリデン膜（以下、「β型ＰＶＤＦ膜」と称する）４と、上部電極５とからなる。
【００１３】
基板１は、プラスチック基板である。基板１としては、例えば柔軟性を有するポリエステルフィルム、または生体親和性を有するバイオポリエステルフィルムなどが用いられる。なお、基板１はこれに限定されるものではなく、シリコン基板、ガラス基板、セラミック基板または金属基板を用いてもよい。
【００１４】
下部電極２は、基板１に金を蒸着することにより形成される。下部電極２の膜厚は例えば８０ｎｍである。また、本実施の形態の下部電極２には、表面修飾３が施されている。表面修飾３は、β型ＰＶＤＦ膜４を配向制御するための修飾であり、チオール修飾が用いられる。
【００１５】
β型ＰＶＤＦ膜４は、自発分極を有するβ型構造のポリフッ化ビニリデン膜であり、後述する溶液塗布法により下部電極２上に形成される。β型ＰＶＤＦ膜４の膜厚は、例えば３０μｍである。
【００１６】
上部電極５は、β型ＰＶＤＦ膜４に金を蒸着することにより形成される。上部電極５の膜厚は例えば８０ｎｍである。
【００１７】
次に、圧電素子１０の製造方法について説明する。図２は、本実施の形態における圧電素子１０の製造方法を示すフローチャートである。本方法では、まず、基板１が目的の大きさに切り出される（Ｓ１）。基板１の大きさは用途に応じて異なるものであり、例えば約１５ｍｍ四方とされる。そして、基板１に金を蒸着させることで、下部電極２が形成される（Ｓ２）。
【００１８】
そして、下部電極２に表面修飾３が施される（Ｓ３）。ここでは、窒素雰囲気化において、基板１に蒸着した下部電極２を、チオール溶液に２時間浸漬する。本実施の形態のチオール溶液には、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロデカンチオール（以下、「ＰＦＤＴ」と称する）、または１−デカンチオール（以下、「ＤＴ」と称する）が用いられ、いずれの溶液も有機溶媒で希釈したものを用いる。該溶媒としては、例えばエタノールを用い、希釈濃度は、例えば体積比でチオール：エタノール＝３：９７である。なお、チオール修飾に用いられるチオールはこれらに限定されるものではなく、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロオクタンチオール、または１−オクタンチオールなどを用いてもよい。
【００１９】
その後、溶液塗布法によって、下部電極２上にβ型ＰＶＤＦ膜４が形成される（Ｓ４）。溶液塗布法は、ポリフッ化ビニリデンと、水溶性極性溶媒と、水溶性極性溶媒よりも沸点が低い有機溶媒とを混合した塗布液を生成する工程と、塗布液を下部電極２に塗布して塗布膜を形成する工程と、該塗布膜を乾燥および水洗する工程とを含む。
【００２０】
まず、塗布液に含まれるポリフッ化ビニリデンは、α型ポリフッ化ビニリデンである。なお、ポリフッ化ビニリデンは、β型構造のポリフッ化ビニリデン膜となって圧電特性を示すものであれば、フッ化ビニリデン単独の重合体だけでなく、フッ化ビニリデンのモノマーと、フッ素を含有する他のモノマーとの共重合体であってもよい。
【００２１】
また、水溶性極性溶媒としては、ポリフッ化ビニリデンを溶解して該ポリフッ化ビニリデンをβ型に固定化する機能を有するものが用いられる。該機能を有する水溶性極性溶媒は、例えば、ヘキサメチルリン酸トリアミド（ＨＭＰＡ）等のリン酸アミド化合物、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミドまたはジメチルスルホキシド等である。
【００２２】
また、水溶性極性溶媒よりも沸点が低い有機溶媒とは、所定の乾燥温度における飽和蒸気圧が、水溶性極性溶媒よりも高く、蒸発速度が速いものをいう。このような有機溶媒としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジエチルアセトアミド、ジメチルブチルアミド、またはＮ−メチルピロリドン、もしくはこれらの混合溶媒が用いられる。
【００２３】
塗布液におけるポリフッ化ビニリデンの含有量は、水溶性極性溶媒の総質量に対して、例えば、５〜６．５質量％の範囲である。また、水溶性極性溶媒と有機溶媒の体積比は、１：３〜３：１の範囲にあるのが望ましい。塗布液は、上記のポリフッ化ビニリデン、水溶性極性溶媒および有機溶媒を、４０℃、回転速度３００ｒｐｍで、約１時間攪拌して生成される。
【００２４】
次いで、生成された塗布液が下部電極２に塗布され、塗布膜が形成される。なお、塗布方法は、塗布膜が形成できるものであればよく、例えば、滴下による塗布、もしくはスピンコート法、キャスト法またはインクジェット法等の公知の塗布方法を用いることができる。
【００２５】
次いで、形成した塗布膜を乾燥する。ここでは、下部電極２上に塗布されたポリフッ化ビニリデンを含有する塗布液からなる塗布膜から、水溶性極性溶媒よりも沸点が低い有機溶媒のみを除去し、多孔性の乾燥膜を形成する。塗布膜から有機溶媒のみを除去するため、得られる乾燥膜は所定の水溶性極性溶媒とポリフッ化ビニリデンから構成され、複数の空隙が存在する多孔性の膜、すなわち、ポーラスの膜となる。また、乾燥膜中では、所定の水溶性極性溶媒の存在により、ポリフッ化ビニリデン膜の自発分極の向きは一定の方向に揃えられ、膜の結晶構造はβ型に保持されている。その後、乾燥して形成した多孔性の膜が水洗され、β型ＰＶＤＦ膜４が形成される。
【００２６】
その後、β型ＰＶＤＦ膜４に金を蒸着させることで、上部電極５が形成される（Ｓ５）。これにより、圧電素子１０が得られる。
【００２７】
続いて、本実施の形態の圧電素子１０の圧電性について説明する。図３は、従来技術のβ型ＰＶＤＦ膜４０内の分子の向きを示す模式図であり、図４は、本実施の形態の圧電素子１０におけるβ型ＰＶＤＦ膜４内の分子の向きを示す模式図である。なお、従来技術のβ型ＰＶＤＦ膜４０は、溶液塗布法によって形成されるものであり、かつ表面修飾３を有さないものをいう。図３および図４では、β型ＰＶＤＦ膜４０およびβ型ＰＶＤＦ膜４に含まれる分子４００の自発分極の向きを矢印で示している。
【００２８】
従来技術のβ型ＰＶＤＦ膜４０を用いた圧電素子は、圧電性が低く、圧力センサとして用いた場合に出力がほとんど得られない。この原因としては、図３に示すように、β型ＰＶＤＦ膜４０内の個々の分子４００はβ型構造を有しているものの、分子４００同士が配向制御されていないために、膜全体として分極が打ち消されているものと推測される。
【００２９】
そこで、本実施の形態では、下部電極２に表面修飾３を施すことによって、図４に示すように、β型ＰＶＤＦ膜４内の分子４００の配向制御を行い、膜全体として分極方向を一方向に揃えることとした。
【００３０】
図５は、下部電極２の表面にＰＦＤＴによる表面修飾３Ａを施した場合のβ型ＰＶＤＦ膜４の配向を説明する図である。図５に示すように、ＰＦＤＴによる表面修飾３Ａが施されている場合、下部電極２上の表面修飾３Ａは主にＣＦｎ基によって終端する。そして、ＣＦｎ基は負極性であるため、表面修飾３Ａには、β型ＰＶＤＦ膜４における最近接の分子４０１のＣＨ２基（正極性）が引き寄せられる。すると、分子４０１の反対側のＣＦ２基（負極性）には、その上の分子４０２のＣＨ２基（正極性）が引き寄せられる。このような配列を繰り返すことにより、β型ＰＶＤＦ膜４全体として、個々の分子が同じ向きになるよう配向される。図５に示すように、ＰＦＤＴによる表面修飾３Ａを施した場合は、β型ＰＶＤＦ膜４の分子は分極が下向き、すなわち図５に矢印で示すように下部電極２に向かう方向になるよう配向される。
【００３１】
また、図６は、下部電極２の表面にＤＴによる表面修飾３Ｂを施した場合のβ型ＰＶＤＦ膜４の配向を説明する図である。図６に示すように、ＤＴによる表面修飾３Ｂが施されている場合、ＰＦＤＴを用いた場合とは逆に、下部電極２上の表面修飾３Ａは主に正極性のＣＨｎ基によって終端する。そして、表面修飾３Ｂには、β型ＰＶＤＦ膜４における最近接の分子４０１のＣＦ２基（負極性）が引き寄せられる。すると、分子４０１の反対側のＣＨ２基（正極性）には、その上の分子４０２のＣＦ２基（負極性）が引き寄せられる。このような配列を繰り返すことにより、β型ＰＶＤＦ膜４全体として、個々の分子が同じ向きになるよう配向される。ＤＴによる表面修飾３Ｂを施した場合は、β型ＰＶＤＦ膜４の分子は分極が上向き、すなわち図６に矢印で示すように上部電極５に向かう方向になるよう配向される。
【００３２】
続いて、本実施の形態の圧電素子１０を用いた圧力センサ１００について説明する。図７は、本実施の形態の圧力センサ１００の上面図であり、図８は、本実施の形態の圧力センサ１００を図７のＡ−Ａ線で切断した断面図である。図７および図８に示すように、圧力センサ１００は、基板１１と、表面修飾３１が施された下部電極２１と、下部導電部２２と、β型ＰＶＤＦ膜４１と、上部電極５１と、上部導電部５２とからなる。
【００３３】
圧力センサ１００の基板１１、下部電極２１、表面修飾３１、β型ＰＶＤＦ膜４１、および上部電極５１は、圧電素子１０の基板１、下部電極２、表面修飾３、β型ＰＶＤＦ膜４、および上部電極５と同じである。また、圧力センサ１００の製造方法も、圧電素子１０の製造方法と同じである。なお、下部導電部２２は、圧力センサ１００に接続される配線と下部電極２１とを接続するものであり、下部電極２１と同様に基板１１に金を蒸着することで形成される。また、上部導電部５２は、圧力センサ１００に接続される配線と上部電極５１とを接続するものであり、上部電極５１と同様にβ型ＰＶＤＦ膜４１に金を蒸着することで形成される。
【００３４】
次に、本実施の形態の圧力センサ１００の測定結果について説明する。図９は、本実施の形態の圧力センサ１００を用いた測定システムの概略構成図である。本実施の形態では、棒６０により、圧力センサ１００へ圧力を印加し、下部電極２１と上部電極５１との間の電圧変化をオシロスコープ７０により測定する。棒６０は、テフロン（登録商標）製であり、直径約１ｍｍの先端を有している。図９に実線で示すように、上部導電部５２を介して上部電極５１をオシロスコープ７０のＧＮＤ（グラウンド）に接続した場合と、図９に破線で示すように、下部導電部２２を介して下部電極２１をオシロスコープ７０のＧＮＤに接続した場合とで測定を行う。また、測定サンプルとして、従来技術のβ型ＰＶＤＦ膜４０を用いた圧力センサと、本実施の形態のＰＦＤＴによる表面修飾３Ａを施した圧力センサ１００と、本実施の形態のＤＴによる表面修飾３Ｂを施した圧力センサ１００と、の３種類が用いられる。
【００３５】
まず、図１０は、従来技術のβ型ＰＶＤＦ膜４０を用いた圧力センサの測定結果である。図１０（ａ）は、上部電極をオシロスコープ７０のＧＮＤに接続した場合の測定結果を示し、図１０（ｂ）は下部電極をオシロスコープ７０のＧＮＤに接続した場合の測定結果を示す。図１０（ａ）および図１０（ｂ）において、横軸は時間（ｓ）を示し、縦軸は出力電圧（Ｖ）を示す。図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、従来技術のβ型ＰＶＤＦ膜４０を用いた圧力センサによると、印加される圧力に対する出力はほとんど得ることができなかった。すなわち、従来技術のβ型ＰＶＤＦ膜４０を用いた圧力センサでは、圧電性が低いことがわかる。
【００３６】
次に、図１１は、本実施の形態の圧力センサ１００の測定結果であり、ＰＦＤＴによる表面修飾３Ａを施した場合の測定結果である。図１１（ａ）は、上部電極５１をオシロスコープ７０のＧＮＤに接続した場合の測定結果を示し、図１１（ｂ）は下部電極２１をオシロスコープ７０のＧＮＤに接続した場合の測定結果を示す。図１１（ａ）および図１１（ｂ）において、横軸は時間（ｓ）を示し、縦軸は出力電圧（Ｖ）を示す。
【００３７】
図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、ＰＦＤＴによる表面修飾３Ａを施した圧力センサ１００では、従来技術に比べ、印加される圧力に対して大きな出力を得ることができた。また、図１１（ａ）に示すように、圧力センサ１００の上部電極５１をオシロスコープ７０のＧＮＤに接続した場合は負の出力が得られた。一方で、図１１（ｂ）に示すように、圧力センサ１００の下部電極２１をオシロスコープ７０のＧＮＤに接続した場合は正の出力が得られた。
【００３８】
図１２は、ＰＦＤＴによる表面修飾３Ａを施した場合の圧力センサ１００における出力電圧の符号を説明する図である。図１２に示すように、下部電極２１の表面にＰＦＤＴによる表面修飾３Ａを施した場合は、分極方向は下向き、すなわち上部電極５１から下部電極２１へ向かう方向となる。この状態で、圧力センサ１００に圧力が印加された場合、分極が一時的に弱められることにより、上部電極５１付近に存在する負の分極電荷は減少する。結果、上部電極５１上で余剰となった正の浮遊電荷Δｑの移動により図１２に矢印で示す方向に電流が流れ、出力電圧Ｖの符号は、上部電極５１をＧＮＤに接続した場合には「負」、下部電極２１をＧＮＤに接続した場合には「正」となる。
【００３９】
次に、図１３は、本実施の形態の圧力センサ１００の測定結果であり、ＤＴによる表面修飾３Ｂを施した場合の測定結果である。図１３（ａ）は、上部電極５１をオシロスコープ７０のＧＮＤに接続した場合の測定結果を示し、図１３（ｂ）は下部電極２１をオシロスコープ７０のＧＮＤに接続した場合の測定結果を示す。図１３（ａ）および図１３（ｂ）において、横軸は時間（ｓ）を示し、縦軸は出力電圧（Ｖ）を示す。
【００４０】
図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、ＤＴによる表面修飾３Ｂを施した圧力センサ１００においても、従来技術に比べ、印加される圧力に対して大きな出力を得ることができた。また、図１３（ａ）に示すように、圧力センサ１００の上部電極５１をオシロスコープ７０のＧＮＤに接続した場合は、正の出力が得られた。一方で、図１３（ｂ）に示すように、圧力センサ１００の下部電極２１をオシロスコープ７０のＧＮＤに接続した場合は負の出力が得られた。
【００４１】
図１４は、ＤＴによる表面修飾３Ｂを施した場合の圧力センサ１００における出力電圧の符号を説明する図である。図１４に示すように、下部電極２１の表面にＤＴによる表面修飾３Ｂを施した場合は、分極方向は上向き、すなわち下部電極２から上部電極５へ向かう方向となる。この状態で、圧力センサ１００に圧力が印加された場合、分極が一時的に弱められることにより、下部電極２１付近に存在する負の分極電荷は減少する。結果、下部電極２１上で余剰となった正の浮遊電荷Δｑの移動により図１４に矢印で示す方向に電流が流れ、出力電圧Ｖの符号は、上部電極５１をＧＮＤに接続した場合には「正」、下部電極２１をＧＮＤに接続した場合には「負」となる。
【００４２】
図１１および図１３に示すように、下部電極２１に表面修飾３１を行うことにより、表面修飾３１を行わない場合に比べて、圧力センサ１００の圧電性を向上させることができる。また、オシロスコープ７０のＧＮＤの接続方向によって、正負が反転したことから、β型ＰＶＤＦ膜４内の分子の分極の向きが一方向に揃えられていることが確認できる。さらに、表面修飾３に用いる修飾剤の違い（ＰＦＤＴまたはＤＴ）により、出力電圧の正負が反対になったことから、修飾剤の違いにより、分極の向きが制御されていることが確認できる。
【００４３】
上記の通り、本実施の形態の圧電素子１０では、ポリフッ化ビニリデンを用いることにより、柔軟性に優れ、且つ安価な圧電素子１０を得ることができる。また、β型ＰＶＤＦ膜４を溶液塗布法によって形成することで、大掛かりな製造設備および煩雑な製造工程が不要となり、製造時間の短縮および製造コストの削減を実現できる。さらに、下部電極２上に表面修飾３を施すことにより、β型ＰＶＤＦ膜４を溶液塗布法で形成した場合でも、圧電性を向上させることができる。これにより、簡便な工程により、高感度且つ安定した検知特性を有する圧電式センサを得ることができる。
【００４４】
また、β型ＰＶＤＦ膜４を結晶粒の間に複数の空隙が存在する多孔性の膜とすることで、これらの空隙の存在により、β型ＰＶＤＦ膜４を用いた圧電素子１０において、優れた歪特性を実現することができる。さらに、圧電素子１０を用いることで、圧力マッピングまたは脈拍測定などに用いられる軽量でフレキシブルな圧力センサを得ることができる。
【００４５】
以上が本発明の実施の形態の説明であるが、本発明は、上記実施の形態の構成に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で様々な変形または組み合わせが可能である。例えば、上記実施の形態では、圧電素子１０を圧力センサ１００に適用する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ガスセンサなどのその他の圧電式センサに適用してもよい。また、下部電極２に施される表面修飾３は、β型ＰＶＤＦ膜４を配向するものであればよく、チオール修飾に限定されるものではない。表面修飾３のその他の例としては、例えば金属表面酸化膜におけるシラン化が挙げられる。
【００４６】
また、上記実施の形態では、下部電極２に表面修飾３を施す構成としたが、β型ＰＶＤＦ膜４が形成される電極に表面修飾３が施されていればよく、下部電極２に限定されるものではない。また、下部電極２および上部電極５の両方に表面修飾３を施してもよい。図１５は、変形例における圧電素子１０Ａの断面模式図である。本変形例の圧電素子１０Ａは、上部電極５が基板６上に蒸着され、上部電極５に表面修飾７が形成されている点において、上記実施の形態と相違する。
【００４７】
基板６は、プラスチック基板、シリコン基板、ガラス基板、セラミック基板または金属基板である。基板６は、基板１と同じ素材で構成されてもよいし、異なる素材で構成されてもよい。また、表面修飾７は、下部電極２に施される表面修飾３とは異なる修飾剤を用いて施される。具体的には、下部電極２の表面修飾３がＰＦＤＴを用いたチオール修飾の場合、上部電極５の表面修飾７は、ＤＴを用いたチオール修飾とする。そして、本変形例の場合は、溶液塗布法で用いられる塗布液を下部電極２と上部電極５との間に流し込むことで、β型ＰＶＤＦ膜４が形成される。
【００４８】
本変形例においても、下部電極２および上部電極５に施される表面修飾３および表面修飾７により、β型ＰＶＤＦ膜４内の分子の分極の向きを一方向に揃えることができる。また、本変形例により、より迅速にβ型ＰＶＤＦ膜４を配向制御することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１  基板、２  下部電極、３、３Ａ、３Ｂ、３１  表面修飾、４、４０、４１  β型ＰＶＤＦ膜、５、５１  上部電極、６  基板、７  表面修飾、１０、１０Ａ  圧電素子、２２  下部導電部、５２  上部導電部、６０  棒、７０  オシロスコープ、１００  圧力センサ、４００、４０１、４０２  分子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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