Piezoelectric materials using hybrid hetero-interfaces

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02622
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 29020:Thin film/surface and interfacial physical properties-related
• Research Institution: Nihon University
• Principal Investigator: TAKAHASHI Ryota 日本大学, 工学部, 准教授 (80546573)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 酸化物エレクトロニクス / ヘテロ構造 / 圧電体 / 振動発電

Outline of Final Research Achievements

A soft piezoelectric hetero-structured film to combine the inorganic and organic materials was prepared for the high piezoelectric responses. In general, a piezoelectric material generates the electricity, when the crystal is bent. Piezoelectric materials are useful in a wide range of electrical devices and sensors. The purpose of this study is to produce a piezoelectric device by laminating such a flexible material with a single crystalline ceramic film and an organic polymer resin. The hybrid hetero-structured device is not limited to sensor applications using piezoelectricity, but is applied to a vibrational energy harvester test device that could operate an average electrical power output o over 1uW. The unique fabrication process is applicable to various flexible structures and materials in vibrational energy harvesting or dynamic strain-sensing applications.

Free Research Field

薄膜デバイス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

酸化物単結晶薄膜を基板から剥離するプロセスとして、水に溶解するBaOの犠牲層を用いたプロセスを新しく提案した。本プロセスを利用し、強誘電体であるBaTiO3の単結晶薄膜をSrTiO3(001)基板から剥離し、高分子材料であるPDMSを接着層として使うことで、フレキシブルなPET基板上に転写することを可能にした。強誘電体は圧電性の性質を有しており、歪みを加えることで電圧を発生するだけでなく、電圧印加によって結晶が歪む材料である。日常生活で使用される電気製品の様々なセンサー材料としてだけでなく、振動エネルギーを電気のエネルギーに変換する振動発電デバイスまで様々な応用が期待される結果と言える。