2022 Fiscal Year Annual Research Report
局所的分極方向制御を可能とした金属基圧電複合材料の創製と新機能発現
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20K15053
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| Research Institution | Kogakuin University |
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Principal Investigator |
柳迫 徹郎 工学院大学, 工学部, 准教授 (80784628)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 金属基圧電複合材料 / スマート材料 / 金属基複合材料 / 分極 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
金属酸化膜を有する内部電極を複数配置することにより局所的分極制御可能な金属基圧電複合材料の実現を目指し，最終年度においては分極処理最適化手法の確立を目指した．本複合材料は，純チタンおよび純ニッケルに対し熱酸化処理を施すことにより表面酸化膜を生成させた内部電極を用いることに特色がある．この酸化膜は金属母材との絶縁および圧電セラミックス焼結時における金属との化学反応を抑制する効果を持っている．
前年度までの研究により，金属中へ複数の内部電極を有した圧電セラミックスを損傷なく複合化できることが確認されていたが圧電性を発揮させるための分極処理中に絶縁破壊が生じることが問題であった．本年度ではこの分極処理条件を最適化するために，本複合材料の電気的モデル（直列キャパシタモデル）を構築し，複合材料への印加電界の内，圧電セラミックスの分極に作用する分極電界を算出した．この結果，分極電界に影響を与えるパラメータとして，圧電セラミックスおよび金属酸化膜それぞれの厚さおよび誘電率であることを明らかにした．この結果を用いて，酸化膜の厚さと圧電セラミックスの厚さを変化させ，分極電界が一般に分極処理に必要な電界を超過することができるかを検討した．この際，印加電界が金属酸化膜の絶縁耐圧以下である必要がある．チタン酸化膜およびニッケル酸化膜の誘電率を調査し，最適化を行った結果，チタン酸化膜およびニッケル酸化膜では完全な分極が難しいことが明らかとなった．これは，酸化膜の低い誘電率および絶縁耐圧に起因していることが判明し，この両特性が高い圧電セラミックスなどの誘電体セラミックス膜を酸化膜の代替をして用いることで分極処理が最適化可能であることを示唆した．
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