| Project/Area Number |
22K04753
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 26050:Material processing and microstructure control-related
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| Research Institution | Muroran Institute of Technology |
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Principal Investigator |
佐々木 大地 室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 助教 (10753014)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2025: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2024: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2023: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
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| Keywords | 腐食 / セラミックス / 圧電材料 / 粉体合成 |
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| Outline of Research at the Start |
圧電セラミックスのほとんどは有害な鉛が使用されており、鉛を含まないビスマスやスズを用いた代替材料の作製法を確立することが国際的に望まれている。申請者らは、セラミックス作製過程において金属腐食を用いることで、自然腐食をあえて進行させることによりセラミックスを合成させる技術を発明した（腐食合成法）。本研究では、耐食性に優れるビスマスとスズに着目し、それらの短寿命化条件を明らかにし、作製したセラミックスの評価を行う。これにより原料加工として「金属腐食」を採用した非鉛系圧電セラミックス作製への可能性について検証する。この研究により腐食防食、セラミックス分野に貢献し、代替材料開発への足掛かりとしたい。
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| Outline of Annual Research Achievements |
圧電セラミックスのほとんどは有害な鉛が使用されており、鉛を含まないビスマスやスズを用いた代替材料の作製法を確立することが国際的に望まれている。申請者らは、セラミックス作製過程において金属腐食を用いることで、自然腐食をあえて進行させることによりセラミックスを合成させる技術を発明した（腐食合成法）。本研究ではこの手法、すなわち原料加工として「金属腐食」を採用し、非鉛系圧電セラミックス作製への可能性を検証することを目的とした。目的の達成のために下記3つの計画に分けて進める。すなわち、①ビスマスとスズの短寿命化条件解明、②非鉛系圧電セラミックスの合成試験、③得られた非鉛系圧電セラミックスの評価、である。
令和5年度の実施内容および成果は以下の通りである。令和4年度の際に実施したビスマス腐食について腐食条件が早い段階で判明したため、ビスマスを含む非鉛系圧電材料の作製を進めた。令和4年度にて本法による作製が確認できたチタン酸ビスマスナトリウムについて、焼成温度条件による生成物の変化について調査した。結果として、1073K以上の焼成により所望のセラミックスが得られることが判明した。また上記のチタン酸ビスマスナトリウムの作製時に明らかとなったビスマス短寿命条件を利用して、新たにチタン酸ビスマス合成を試みたところ、1073K、1273K焼成によって作製可能であることが明らかとなった。これらの成果については、令和5年10月に京都で行われた国際学会（JSPMIC2023）にて発表した。令和6年度は、チタン酸ビスマスについての研究論文を投稿予定である。また、スズの腐食試験の実施および非鉛系圧電セラミックスであるチタン酸ビスマスカリウムの合成を試みる予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
令和5年度の計画では、①ビスマスとスズの短寿命化条件解明、②非鉛系圧電セラミックスの合成試験、③得られた非鉛系圧電セラミックスの評価、を実施予定であった。まず①については令和4年度および令和5年度の計2年間で実施する計画であり、具体的に令和4年度においてビスマス腐食条件が早い段階で判明したため、令和5年ではビスマスを含む圧電系セラミックスについて②③を実施した。令和4年度にて1273Kにて合成可能であることが判明したチタン酸ビスマスナトリウムについて、作製時の焼成条件による生成物の変化について調査し、1073K焼成でも作製可能であることが判明した。また新たにチタン酸ビスマスの合成を試みたところ、1073Kおよび1273Kの焼成にて作製できることが示唆された。成果発表については令和5年10月に京都で行われた国際学会（JSPMIC2023）にて実施し、チタン酸ビスマスについての研究論文を現在執筆中である（粉体および粉末冶金に投稿予定）。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度はビスマス溶解条件が早期に明らかになったことからビスマス系の合成試験を優先的に進めた。令和6年度は、新たに非鉛系圧電セラミックスであるチタン酸ビスマスカリウムの合成の試みと、スズの腐食試験ならびにスズを用いた非鉛系圧電セラミックスの合成を試みる予定である。特に酸化しやすいスズの酸化数を＋２の状態で抑制したまま合成させるため、腐食条件や熱処理条件などの最適化を目指したい。論文の執筆も進め、学会での成果発表も行う予定である。
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