2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of high-performance lead-free piezoelectric single crystals by formation of phase boundary and domain engineering
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20K05073
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
藤井 一郎 山梨大学, 大学院総合研究部, 助教 (20597645)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 圧電材料 / 単結晶 / 固相結晶成長法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Pb(Zr,Ti)O3 (PZT)は圧電素子として電子デバイスに用いられている。しかしながら有毒な鉛を含むため将来RoHS指令等で使用が制限される可能性がある。(K0.5Na0.5)NbO3とその固溶体は代替候補材料の１つである。PZTに比べて圧電特性が小さいので向上させる必要がある。圧電単結晶では結晶異方性を利用し、ドメインを微細化することで圧電特性が向上することが知られている。しかしながら(K0.5Na0.5)NbO3は分解溶融するため一般的な溶融法や溶液法で組成の均一な単結晶を得ることは難しい。そこで本研究では溶かさずに単結晶を作製する固相結晶成長法に着目した。我々はこれまでにこの方法で(K0.5Na0.5)NbO3単結晶を作製している。
本年度は昨年度作製した [Li0.06(K0.5Na0.5)0.94]NbO3 [LKNN]にBaZrO3 [BZ]と(Bi0.5Na0.5)TiO3 [BNT]を添加した0.92LKNN-0.07BZ-0.01BNT単結晶を作製した。この組成は正方晶と菱面体晶の相境界付近の組成であり、圧電特性が向上することが知られている。酸化物粉末に種結晶を埋め込んだ成形体を電気炉で焼結した。種結晶は(110)KTaO3とした。焼結温度、焼結助剤の添加量を調整することで0.92LKNN-0.07BZ-0.01BNT単結晶を作製することができた。得られた単結晶を種結晶から分離して単結晶の方位をX線回折法で調査した結果、種結晶の結晶方位を引き継いで成長しており、立方晶表記で<110>配向していることがわかった。誘電率の温度依存性を評価した。その結果、正方晶と立方晶の相変態点は250℃付近にあることがわかった。分極曲線（P-Eループ）と歪曲線（S-Eカーブ）を測定したところ、強誘電性のヒステリシスを持つP-EループとS-Eカーブを測定することができた。
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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
当初の予定通り、固相結晶成長法で0.92[Li0.06(K0.5Na0.5)0.94]NbO3-0.07BaZrO3-0.01(Bi0.5Na0.5)TiO3単結晶を作製することができた（組成は仕込み組成）。また、単結晶の物性を評価することができた。[Li0.06(K0.5Na0.5)0.94]NbO3単結晶と0.92[Li0.06(K0.5Na0.5)0.94]NbO3-0.07BaZrO3-0.01(Bi0.5Na0.5)TiO3単結晶の結果について、国内学会と国際学会（どちらもオンライン）で報告を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の研究計画に従い、[Li0.06(K0.5Na0.5)0.94]NbO3単結晶と0.92[Li0.06(K0.5Na0.5)0.94]NbO3-0.07BaZrO3-0.01(Bi0.5Na0.5)TiO3単結晶に交流分極処理を行い、圧電特性を評価する。その結果について学会発表を行う。これまでの結果について論文発表を行う。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍のため、予定していた国内学会、国際学会の出張がキャンセルとなったため。
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