Optimization of poling condition for porous piezoelectric material made by sol-gel composite technique

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K04493
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: Kobayashi Makiko 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (90629651)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 分極 / ゾルゲル複合体 / 圧電材料 / 超音波センサ

Outline of Final Research Achievements

SPoling optimization of sol-gel composites had been investigated for real-time monitoring of smart industry. Sensors fabricated by the sol-gel composite method are expected to be applied for the real industrial, however, the sensor performance deviation was the problem. Poling process to acquire piezoelectric properties was the suspected reason.
First, sol-gel phase materials that can assist efficient sol-gel composite poling had been developed. As a result, it was found that the poling temperatures decreased by titanium oxide sol-gel phase. Next, by poling in a nitrogen atmosphere, the piezoelectric and ultrasonic properties were stabilized at acceptable values, and the goal of within 10% of the d33 center value was achieved.

Free Research Field

圧電材料、非破壊検査

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ゾルゲル相の材料は、従来使用されていた誘電率が高い材料だけではなく、抵抗率が高い材料も、粉体材料によっては適合可能であることが判明しました。これにより、分極が非常に困難であったニオブ酸リチウムも200℃という比較的低温で分極が可能となりました。また、高湿度の空気、窒素雰囲気、乾燥空気雰囲気の条件で分極を行うと、高湿度の場合は空孔に水が置換されるため、電界が印加されないこと、オゾンの発生が抑制できる窒素雰囲気が最適であることも判明しました。品質保証が可能な、どこにでも取り付けが可能な高温超音波/圧電センサはスマート工場におけるリアルタイムモニタリング応用が期待されます。