2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of new piezoelectric crystals and devices beyond quartz
| Project/Area Number |
19H02797
|
|---|
| Research Institution | Saitama University |
|---|
Principal Investigator |
武田 博明 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (00324971)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
柳瀬 郁夫 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (10334153)
青柳 忍 名古屋市立大学, 大学院理学研究科, 教授 (40360838)
西田 貴司 福岡大学, 工学部, 教授 (80314540)
小玉 翔平 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (30910096)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | 圧電結晶 / 結晶育成 / 高温特性 / 機械的強度 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は1000℃の高温まで①高い化学安定性・②温度安定な圧電特性・③高い電気抵抗率・④結晶化が容易・⑤高い圧縮強度をもつ新規圧電結晶を創製し、その各種圧電センサを開発することを目的とする。
最終年度は、2019年度に開発したSr置換オケルマナイト(Sr-CMS)の機械的特性を調査し、さらに、2020年度に開発したSr置換La3Ta0.5Ga5.5O14(Sr-LTG)の高抵抗化を試みた。Sr-CMS結晶の圧縮破壊強さ試験のワイブル解析から、Sr-CMSの圧縮強度は830MPaであることがわかった。この値は初期の高温圧電結晶候補であったSr置換ゲーレナイト結晶の170 MPaの5倍であり、ガソリンエンジン内部圧力の10倍である300 MPaを大幅に超える。Sr-CMS結晶の圧縮強度は十分に高く，圧力センサ材料として期待できる。Sr-LTG結晶に関して、結晶育成中の雰囲気をAr気流中にすることで高抵抗化を試みた。育成した結晶は無色透明であった。Sr-LTG結晶の格子定数はノンドープLTG結晶の格子定数よりも大きい。Sr(II)のイオン半径は同じ配位数であるLa(III)のイオン半径より大きく、Sr置換が行われていることが確認できた。電気抵抗率について、 Ar気流中で育成したSr-LTG結晶は含酸素中で育成した結晶より電気抵抗率が1桁以上高い。LTG結晶は高温でp型伝導を示す。これは，結晶育成中に酸化ガリウムが気化することで酸素欠陥が形成され，含酸素中では酸素が酸素欠陥に入ることで正孔が生じるからである。このメカニズムと本研究の結果から、Ar気流中では酸素分圧が低いため正孔が発生しにくくなることで高い電気抵抗率をもつと考えられる。高抵抗率Sr-LTG結晶も高温用圧電センサ材料として有望である。このように水晶を超える新規圧電材料を提唱することができた。
|
| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
|
