2006 Fiscal Year Annual Research Report
ナノドメインエンジニアリングによる環境調和型巨大ピエゾ材料の創製
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18360312
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
和田 智志 東京工業大学, 大学院理工学研究科, 助教授 (60240545)
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| Keywords | 配向セラミックス / 圧電定数 / エンジニアード・ドメイン構造 / ドメインサイズ / 振動子 / ドメイン壁 / TGG法 / テンプレート粒子 |
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| Research Abstract |
本年度はBaTiO_3(BT)配向セラミックスを作製し、それにナノドメインを導入することで目標である圧電定数(1,000pC/N)を達成することとした。まず、[110]配向BT板状粒子をテンプレート粒子とし、マトリックス粒子に堺化学工業製のBT-01、BT-03を用いてテンプレート粒子成長(TGG)法により、[110]配向BTセラミックスの作製を試みた。その結果、マトリックス粒子の種類、テンプレート粒子とマトリックス粒子の配合比、焼結温度の3つが配向度を支配する重要な因子であることを明らかにし、作製条件の最適化を行った結果、相対密度が95%以上で、配向度を0〜100%まで変化させることに成功した。これらのセラミックスの微構造を観察した結果、50〜100μm程度の粗大な粒子からなっており、微構造からは配向セラミックスである特徴は観察されなかった。続いて、配向度ごとに31振動子を作製し、得られた31振動子を100℃で分極処理した。その後、共振反共振法により-d_<31>振動子としての圧電特性を、d_<33>メータや歪み-電場曲線よりd_<33>を得た。その結果、-d_<31>は配向度にかかわらず約50pC/Nでほぼ一定値を示すのに対し、d_<33>は配向度の増加とともに緩やかに増大し、配向度80%以上では急激に増大した。特に、配向度84.6%の[110]BT配向セラミックスにおいてd_<33>は最大で788pC/Nに達した。また、0.2kV/mm以下で測定した歪み-電場曲線の傾きから求めたd_<33>はd_<33>メータで測定した値とほぼ一致した。また、圧電定数d_<33>が507、788pC/Nを示した試料においてそのドメインサイズを測定した結果、前者については平均ドメインサイズが1.2μmであるのに対し、後者の平均ドメインサイズは0.8μmであった。これまでBT単結晶において、1μmのドメインサイズを導入できれば1,000pC/N近い圧電定数を持つBTを作製できることを報告してきたが、本研究はそれを間接的ではあるが証明できた。
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