2020 Fiscal Year Research-status Report
Production of crystallographically-aligned piezoelectric thinfilm by nucleation-controlled hydrothermal synthesis and its evaluation
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19K04108
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
諸貫 信行 東京都立大学, システムデザイン研究科, 教授 (90166463)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金子 新 東京都立大学, システムデザイン研究科, 准教授 (30347273)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 水熱合成 / 二酸化チタン / チタン酸バリウム / 圧電材料 / 結晶配向 / 結晶成長 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
原料溶液を密閉容器に入れて一定時間加熱することで材料作成を行う水熱合成法を用い，チタン酸バリウム圧電薄膜の作製技術の確立を進めた．まず，四塩化チタンを主原料とする水熱合成で二酸化チタンを合成した．この時，二酸化チタンと格子定数が近いFTO（フッ素ドープ酸化錫）を基板に用いることで，基板に対して垂直に配向したロッド状の集合構造が得られた．次いで，水酸化バリウム溶液中で2度目の水熱合成を行って構造中のチタン原子の一部をバリウム原子に置換してチタン酸バリウムとした．4時間の反応で構造の高さは2ミクロン程度であった．
X線回折法で結晶構造を調べたところ，2度目の水熱合成温度が210度を超えた場合にチタン酸バリウムの配向した結晶構造が含まれることが確認でき，反応時間を長くすると結晶性も向上することが分かった．しかし，ロッド構造の最表層に横たわったロッドが新たに観察されるとともに，結晶構造にオルソチタン酸バリウムも含まれたため，反応プロセスを再検討する必要があるとの結論に至った．なお，容器内の温度と圧力をモニタすることにより実験の再現性は向上した．
合成された薄膜の機能特性を調べるため比誘電率の測定を行ったところ，二酸化チタン膜との明確な違いがみられなかった．薄膜の特性評価のため電極との接触状態が悪影響を及ぼしていることも考えられるため，構造に超音波振動を加えたときの触媒反応の違いから評価を試みた．40kHzの超音波洗浄機で振動を与えた時のメチルオレンジの脱色の様子を観察したところ，有意な脱色効果が得られ，圧電機能を有することを確認できた．
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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
反応プロセスが当初の想定と異なっていたものの，作製した薄膜の圧電特性を確認できたため．
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| Strategy for Future Research Activity |
圧電性能が得られたものの，当初の計画とは異なって垂直配向ロッド状に別の構造ができてしまったことから，反応経路を今一度見直す必要がある．場合によってはプロセスそのものを見直す必要もあると考えられる．
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| Causes of Carryover |
一部の消耗品購入が次年度に回ってしまったため，残額が生じた．
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