Synergy effect of piezoelectricity and piezoluminescence

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H00835
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: Xu Chao-Nan 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 総括研究主幹 (70235810)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 王 瑞平 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (00358392) ; 西堀 麻衣子 東北大学, 国際放射光イノベーション・スマート研究センター, 教授 (20462848) ; 鄭 旭光 佐賀大学, 理工学部, 教授 (40236063)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 応力発光 / マルチピエゾ / センサ / 非破壊検査 / 圧電 / 多相境界

Outline of Final Research Achievements

The aim of this study is to elucidate the mechanism of a newly discovered multipiezo material and reveal the synergy effect between piezoluminescence and piezoelectricity. We focused on LiNbO3 and employed non-stoichiometric composition and element substitution for crystal control. As a result, we identified a significant enhancement of piezoluminescence intensity near the morphotropic phase boundary (MPB) of Na-substituted LiNbO3 with specific crystal structures. This piezoluminescence at the MPB achieved more than a tenfold improvement compared to non-stoichiometric LiNbO3, along with a similar tenfold enhancement in piezoelectricity, as demonstrated by the increased piezoelectric coefficient d33. Furthermore, we extended this phenomenon of synergy effect between piezoluminescence and piezoelectricity to other material systems.

Free Research Field

機能材料と応用

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、理論と実験の両面からアプローチすることで、新たに発見したマルチピエゾ材料の機構を解明し、応力発光と圧電性の相乗効果を明らかにし、相境界付近での応力発光強度と圧電効果が同時に飛躍的に増強されることを明らかにしている。さらに、この発見はLiNbO3に限らず、他の材料系にも展開可能であることを示し、マルチピエゾ材料の応力発光と圧電の相乗効果の理解を深め、マイルピエゾ材料領域の開拓に寄与する。