2017 Fiscal Year Research-status Report
Development of novel pyroelectric materials with ultra-high sensitivity
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17K05031
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
符 徳勝 静岡大学, 工学部, 教授 (30422546)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 焦電材料 / 赤外線センサー / PMNーPT / リラクサー / 強誘電体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、広範な帯域の波長に利用でき、かつ大きな焦電係数を持つ新規熱型赤外線センサ材料焦電体の開発を目指す。そのために,(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 -xPbTiO3 ((1-x)PMN-xPT)リラクサー強誘電体を対象として研究開発を行なっている。H２９年度にはx=0から圧電等の物性が最大値を示すMPB境界組成までのPMNーPTセラミックスを作製し、センサーを機能するための分極処理の条件や試料の室温付近での焦電特性を調べた。以下の結果が得られた：（１）常誘電相ー強誘電相転移温度より少し高い温度から、５kV/cm以上の電場を試料に印加しながら低温までゆっくり試料を冷却することで、PMN-PTセラミックス試料の分極処理がよく出来、試料が優れた焦電性を示すことが判明された。（２）室温において、PMNーPTは圧電性の最大値を示すMPB（x~0.35)の組成ではなく、これより低い組成x＝０.１５付近に最大値を示すことを判明した。これらの結果は今後焦電セラミックスセンサーの作成や設計に不可欠な基礎的なテータを提供する。また、焦電材料と圧電材料の設計が異なることも明らかにした。
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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
当初の計画は、H29年度に(1-x)PMN-xPT試料を作製し、 分極処理条件の調査や室温での焦電特性評価を行うことであった。計画は予定通りに実行され、意味のある結果が得られた。まず、固相反応法によるx=0～0.４組成の良質なPMNーPTセラミックス試料が得られた。これらの試料を用いて分極処理を行った。キューリー温度より約１０°C程度の高い温度で５Kv/cmの電場を試料に印加し、2°C/minの冷却速度で室温以下の温度に試料を冷却する処理でセラミックス中の結晶粒子の電気分極が電場方向に揃い、試料が優れた焦電応答を示した。焦電流測定より分極処理された試料の焦電係数を求めた。その結果、室温付近においてx＝０.１５付近組成のPMNーPTが最大の焦電係数をもつことが分かった。その値は商品化された焦電センサーによく使われているPLZTのそれよりも７倍以上高かった。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は当初の計画通りに研究を遂行して行く。平成30年度では主に (1-x)PMN-xPTセラミックス焦電材料の使用温度範囲を調査する。焦電材料を赤外線センサとして機能させるためには、自発的に存在する電気分極Pの存在が不可欠である。(1-x)PMN-xPTはリラクサ ー強誘電体であり、相転移温度Tcより低い温度領域では自発分極が現れる。そのために (1-x)PMN-xPTの強誘電相から常誘電相への相転移温度を測定し、焦電材料として使用可能な温度範囲を明らかにする。
平成31年度では(1-x)PMN-xPTセラミックスの焦電センサーとしての基本性能指数を調べる。焦電センサの応用には、電流性能指数Fi他に, 電圧性能指数Fvと検知性能指数Fdを明らかにする必要がある。焦電センサの性能指数を決定するには、材料の焦電係数の他に、誘電率、誘電損失、熱容量等の基本物理特性のテータが不可欠である。そのため、(1-x)PMN-xPT各組成の焦電係数、誘電率、誘電損失、熱容量及びその温度変化を調査する。
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| Causes of Carryover |
小額の残額であり、翌年度分と合わせて焦電測定に使用するヘリウムガス等を購入する計画である。
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| Remarks |
静岡大学工学部符研究室ホームページ
https://wwp.shizuoka.ac.jp/desheng-fu/
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Research Products
(8 results)
