2005 Fiscal Year Annual Research Report
強誘電体ドメイン制御を利用した新規圧電デバイスおよび材料の創出
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17560294
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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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 | 巨大横効果圧電性 / 巨大電気機械結合係数k_<31> / 巨大圧電d_<31>定数 / PZNT91 / 09単結晶板 / 圧電ユニモルフ / 圧電バイモルフ / 屈曲振動モード / 変位特性 |
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| Research Abstract |
(1)巨大横効果圧電性、すなわち、巨大電気機械結合係数k_<31>および圧電d_<31>定数を利用した圧電デバイス(センサ/アクチュエータ/トランスデューサ)の開発に今回成功し、これまでの数倍以上の感度をもつセンサや数分の一程度の低電圧で駆動可能な大変位素子の実現が可能となった。
(2)Pb[(Zn_<1/3>Nb_<2/3>)_<0.91>Ti_<0.09>]O_3(PZNT91/09)単結晶板(13^L×4.0^W×0.36^Tmm)を用い、種々のプロセス処理を経て、横振動モードで巨大電気機械結合係数k_<31>(>80%)を実現した。この巨大k_<31>を利用して、圧電ユニモルフおよびバイモルフを作製し、従来のPZT系セラミックス製ユニモルフ・バイモルフとの比較検討を行った。42ニッケル材質シム板(15^L×4.0^W×0.10^Tmm)にk_<31>が86.2%(PZNT91/09)および37.3%(PZTセラミックス)を貼り付けたユニモルフの屈曲振動の電気機械結合係数k_bを測定したところ、それぞれ64.7%,20.6%が得られた。更に、PZNT91/09単結晶板(k_<31>=85.6%)およびPZT板(k_<31>=37.0%)をユニモフに貼り付け、シリーズ型バイモルフを作製した。インピーダンスの周波数応答から求めたk_bは、それぞれ69.8%(PZNT91/09),31.2%(PZT)であった。又、インピーダンスの山谷比(反共振抵抗値÷共振抵抗値)がPZTセラミックスを用いた圧電バイモルフに比べ3桁大きく、従来品では実現不可能な優れた圧電性能を示す圧電デバイスの開発に成功した。次に、直流電圧(±V)を印加した時の全振幅変位量をレーザー変位計で測定し、シリーズ型圧電バイモルフの変位量vs.印加電圧の関係(変位特性)を明らかにした。PZNT91/09単結晶およびPZT系セラミックスからなるバイモルフの変位量の印加電圧依存から、同一電圧(電界強度)で2倍近い変位を得ることができた。
(3)新たな導入設備(レーザー変位計/フォトニックセンサ)による微小変位量測定システムの構築を行い、nmからμmオーダーまでの変位が連続的に測定できるようになった。すなわち、レーザー変位計とフォトニックセンサの測定変位量に対する使い分けや測定精度の見極め、卒研生が容易に使用できる環境整備を実施すると共に、そのマニュアル化を行った。
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