2020 Fiscal Year Research-status Report
Optimization of poling condition for porous piezoelectric material made by sol-gel composite technique
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19K04493
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
小林 牧子 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 准教授 (90629651)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 分極 / コロナ放電 / d33 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
スマート工場内におけるリアルタイムモニタリング応用を最終目標とした、ゾルゲル複合体法により作製された多孔性圧電材料の分極条件最適 化に関する研究を行います。ゾルゲル複合体法により作製されたセンサは、薄膜形状でロバストであり、かつ曲面に適合可能なことから、工業 界での実用化が期待されており、作製を自動化したことにより、膜質の均質化は達成されましたが、特性にばらつきがあることが課題でした。 そこで分極時の出力電圧、分極雰囲気、帯電電位と圧電定数d33の相関性を調査することにより、デバイス実用化に向けて必要不可欠である、 品質保証を可能とすることを目標としています。本研究の目的は、ゾルゲル複合体圧電材料により作製された多孔性圧電材料に対する分極条件を最適することで、一定膜厚における同一材料 の圧電定数d33の再現性を中心値プラスマイナス10％で達成し、スマート工場内におけるリアルタイムモニタリング用センサの実用化を加速さ せることにあります。近年、手動で行っていたスプレー工程を自動化したことにより、膜質の均質性は向上しましたが、実用化のためには圧電特性が良好なサンプルの再現性の向上が課題でした。圧電特性にばらつきが生じた原因は、分極工程にあると考えました。高温を用いた分極では、温度制御によるばらつきが生じるため、効率的に分極できるゾルゲル相の開発を行いました。その結果、酸化チタンゾルゲル相によるゾルゲル複合体において負電源を用いて分極を行うと耐熱性が向上すること、分極温度の低温化が判明しました。これは分極時と測定時の電界方向をそろえたこと、酸化チタンゾルゲル相により効率的に電界が印加できた結果と考えられます。アルミナゾルゲル相では耐熱性の向上は確認できておりません。
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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
BiT/PZTは有用な物質ではありましたが、ゾルゲル相のため非鉛材料ではなくなります。酸化チタンゾルゲル相を用いて分極温度も含めた作製温度の低減化にも成功し、高温用非鉛圧電材料の実用化に近づいたといえます。d33値は測定装置により測定結果のばらつきがみられました。これは、薄膜材料の低い値を測定することが困難であることが考えられます。別の評価方法を検討するとともに、測定装置は明記していく方針です。今年度は分極中の雰囲気の制御を試みる予定です。
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| Strategy for Future Research Activity |
分極雰囲気をコントロール下にした上で純窒素、乾燥空気の雰囲気（湿度：制御可能な最低湿度）により分極を行い、、圧電定数d33を 測定し、圧電定数d33の変化およびそれぞれの条件下での再現性を確認します。圧電サンプルは自動スプレー法により
作製された膜厚100ミクロ ンのPZT/PZTゾルゲル複合体とします。サンプルの感度、中心周波数等の超音波特性は、ポータブル探傷機で自動計測を行い、超音波
特性の再現性も同時に確認を行います。また、分極時の湿度が与える影響についても調査いたします。
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| Causes of Carryover |
雰囲気調整した分極実験を令和3年度に行います。
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