2002 Fiscal Year Annual Research Report
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12650327
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| Research Institution | Shizuoka Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
小川 敏夫 静岡理工科大学, 理工学部, 教授 (40247573)
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| Keywords | リラクサ強誘電体単結晶 / Pb[(Zn_<1 / 3>Nb_<2 / 3>)_<0.91>Ti_<0.09>]O_3 / 巨大電気機械結合係数k_<31> / モノドメイン / ドメイン構造 / 分極電界依存 / バイポーラパルス分極 / P-Eヒステリシス曲線 |
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| Research Abstract |
今年度はリラクサ強誘電体単結晶Pb[(Zn_<1/3>Nb_<2/3>)_<0.91>Ti_<0.09>]O_3(PZNT91/09)で(1)巨大電気機械結合係数k_<31>が得られる起源(特許出願中)とこの単結晶で(2)高圧電性(巨大k_<33>,k_<31>,d_<33>,d_<33>)が得られる起源を明らかにした。更に、(3)チタン酸鉛系(PT/PLT)およびビスマス層状化合物SrBi_4Ti_4O_<15>(SBT)セラミックスでのバイポーラパルス応答に関する基礎特性を明らかにした。
(1)巨大k_<31>の起源;矩形板単結晶(13^Lx4^wx0.36^Tmm)を用い、誘電・圧電特性のDC分極電界(E)依存を調べた(40℃中10分間、Eを変えて分極処理)。その結果、比誘電率がEに対して3ステップ状になった。これは厚み方向と面内(13^Lx4^wmm)でドメイン反転を起こすしきい電界が異なることを意味していた。E=1000〜1500V/mmで巨大k_<31>が得られ、この時面内がモノドメインになっていることが、透過型偏向実体顕微鏡で確認できた。E>1500V/mmでは、発生した歪によりモノドメインが二つのドメインに分かれ、k_<31>も60%まで低下した。巨大k_<31>の起源は、最適な分極電界範囲を選び、板面内をモノドメイン化する必要があることが明らかとなった(ドメイン制御単結晶)。
(2)PZNT91/09単結晶での高圧電性の起源;種々の結晶面(100),(110),(111)をもつ単結晶の分極特性を調べたところ、(100)面結晶を40℃中で分極した時のみ、巨大k_<31>が得られた。これは(100)菱面体結晶のみで実現できることを意味し、その弾性定数値からこの結晶相は極めて機械的に軟らかく、電界により容易に変形することがその起源と考えられた。
(3)PT/PLTおよびSBT圧電セラミックスの三角波バイポーラパルス特性;PT/SBTセラミックスはキュリー温度が400℃以上と高く、更に、材料自体が機械的に硬いと云う物理的性質をもつ。これらセラミックスを最高200℃中で最大印加電界10kV/mm、また、印加時間(100,200,400ms)を変えてP-Eヒステリシス曲線および誘電・圧電特性を調べた。その結果、測定温度が高く、印加時間が長い程圧電性は向上したが、DC分極で得られた値には及ばなかった。
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Research Products
(6 results)
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[Publications] T.Ogawa, Y.Numamoto: "Origin of Giant Electromechanical Coupling Factor of k_<31> Mode and Piezoelectric d_<31> Constant in Pb[(Zn_<1/3>Nb_<2/3>)_<0.91>Ti_<0.09>]O_3 Single Crystal"Jpn.J.Appl.Phys.. 41,No.11B. 7108-7112 (2002)
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[Publications] Y.Numamoto, T.Ogawa: "Pb[(Zn_<1/3>Nb_<2/3>)_<0.91>Ti_<0.09>]O_3 Mono-Domain Crystal with Giant Electro-mechanical Coupling Factor of k_<31> Mode and Piezoelectric d_<31> Constant"Proc.of the 19^<th> Korea-Japan International Seminar on Ceramics. 15-19 (2002)
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[Publications] T.Ogawa: "Domain Behavior by Electric Fields in Ferroelectric Ceramics and Single Crystal"Proc.of the 10^<th> International Ceramics Congress and the 3^<rd> Forum on New Materials(CIMTEC 2002). 607-613 (2002)
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[Publications] 沼本芳樹, 小川敏夫: "圧電単結晶Pb[(Zn_<1/3>Nb_<2/3>)_<0.91>Ti_<0.09>]O_3の誘電・圧電・弾性定数とその温度特性"静岡理工科大学紀要. 10. 55-61 (2002)
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[Publications] T.Ogawa: "Poling Field Dependence of Ferroelectric Properties in Piezoelectric Ceramics and Single Crystal"Ferroelectrics. 273. 371-376 (2002)
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[Publications] Y.Numamoto, Y.Yamauchi, T.Ogawa, M.Matsushita, Y.Tachi: "Material Constants and their Temperature Dependence in Pb[(Zn_<1/3>Nb_<2/3>)_<0.91>Ti_<0.09>]O_3 Single Crystal"Key Engineering Materials (Asian Ceramic Science for Electronics II and Electroceramics in Japan V. 228-229. 9-14 (2002)
