2015 Fiscal Year Annual Research Report
高温圧電センサを指向した高抵抗新規単結晶材料の開発
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25288104
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
武田 博明 東京工業大学, 理工学研究科, 准教授 (00324971)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鶴見 敬章 東京工業大学, 理工学研究科, 教授 (70188647)
保科 拓也 東京工業大学, 理工学研究科, 助教 (80509399)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 圧電結晶 / 高温特性 / 機械的強度 / 結晶育成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、メリライト型結晶の高品質バルク結晶を育成し、高温電気物性を測定し、センサを構造設計・試作・評価することで、高温圧電センサへ展開できる新規圧電単結晶を提案することである。
最終年度である本年度は、メリライト型結晶を高温圧力センサへ応用するに当たり唯一の懸念事項であった低い圧縮破壊強度を克服することを目指した。メリライト型結晶の低い破壊強度の原因は、その層状構造に起因するへき開性にある。そこで、我々は圧縮破壊強度の向上を目的に、Ca2Al2SiO7（以下、CAS）結晶の(Al,Si)O4四面体層間に位置するCaサイトに対して、陽イオン元素を置換させた結晶を合成し、元素置換による電気的特性と機械的特性への影響を調べた。CaをSrに置換した結晶（CaSrAl2SiO7、Sr-CAS）をチョクラルスキー法にて育成し、無色透明でクラックがない良質な結晶が得られることが分かった。 (XYt)45°基板を用いたインピーダンス周波数特性から求めたSr-CAS結晶の電気機械結合定数はCAS結晶に比べわずかに低く、弾性コンプライアンスは高い（柔らかい）。圧縮破壊強度はSr-CAS結晶で230 MPaを示し、CAS結晶で得られた190 MPaより高くなり、Sr置換によって圧縮破壊強度の向上が見られ、破壊モードも劈開によるものではないことが分かった。また、Sr置換により圧縮歪みが大きくなり、これは電気的特性から求めた弾性コンプライアンスが大きくなることと一致する。CASとSr-CASの結晶構造解析を行い、Sr導入により歪んだCaO6八面体が等方的になって構造緩和し、各層間の共有結合が増強することがわかった。今後、この構造緩和をメリライト型結晶に積極的に導入し層間結合を強固にすることで、より圧縮破壊強度が高い結晶の創製を実現できる。
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| Research Progress Status |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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