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巨大ピエゾ抵抗効果を示すチタン酸バリウム半導体細線を用いた高感度圧力センサの開発

研究課題

研究課題/領域番号 10555214
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分展開研究
研究分野 無機材料・物性
研究機関東京大学

研究代表者

桑原 誠  東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (40039136)

研究分担者 松本 和順  住友金属鉱山(株), 中央研究所, 主任研究員
松田 弘文  東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (00282690)
宮澤 薫一  東京大学, 大学院・工学系研究科, 講師 (60182010)
研究期間 (年度) 1998 – 1999
研究課題ステータス 完了 (1999年度)
配分額 *注記
12,700千円 (直接経費: 12,700千円)
1999年度: 4,500千円 (直接経費: 4,500千円)
1998年度: 8,200千円 (直接経費: 8,200千円)
キーワードピエゾ抵抗効果 / チタン酸バリウム / セラミックス細線 / スラリー曳糸法 / 単一粒界 / PTCR / 強誘電ドメイン / 圧力センサ / 強誘電体 / ドメイン構造 / 類似粒界 / セラミック細線 / 弾一粒界 / ゾルゲル法
研究概要

本研究課題で得られた成果の概要を以下に記す。
1)BaTiO_3半導体単一粒界細線の作製: 市販の高純度BaTiO_3紛体を用い、適当量のバインダを加えたスラリーから曳糸し、それを焼成することにより直径10-20μmのBaTiO_3半導体単一粒界細線を作製した。
2)巨大ピエゾ抵抗効果の確認: 静的圧縮圧力の印加下で、室温でゲージファクター(単位歪当の抵抗変化率)が10^7に達する巨大ピエゾ抵抗効果を示す粒界の存在が確認された。また、周期的圧力印加下で>10^5の動的ピエゾ抵抗効果を示す粒界も多く存在することが確認された。
3)圧力印加下での自発分極ドメインの運動形態の解明: 偏光顕微鏡を用いた圧力印加下でのドメイン構造変化のその場観察から、圧力を印加すると、90°ドメイン壁が圧力の増減に伴って粒子内を運動し、90°ドメイン壁が粒界に達したとき粒界の抵抗が大きく変化することを見出した。この粒界部での自発分極ドメインの形態変化がピエゾ抵抗効果の発現に直接起因していることを初めて明らかにした。
4)ピエゾ抵抗効果の機構解明: 偏光顕微鏡を用いた消光位の観察から、細線粒子内の自発分極軸の方位を決定し、自発分極による表面電荷の補償モデルによりピエゾ抵抗効果の機構が説明できることを明らかにした。
5)圧力センサデバイス作製法の確立: BaTiO_3半導体単一粒界細線を用い、プロトタイプの圧力センサデバイスの試作と機能確認を行った。感度及び再現性に問題が残っているが、圧力センサとしての基本的動作が確認された。

報告書

(3件)
  • 1999 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1998 実績報告書
  • 研究成果

    (34件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (34件)

  • [文献書誌] H.Matsuda,K.Hamamoto,M.Kuwabara: "Stress Induced Resistivity Anomaly in Semiconducting BaTiO_3 Ceramic Wire"J.Am.Ceram.Soc.. 81. 229-232 (1998)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M>Kuwabara,H.Matsuda,K.Hamamoto: "Role of Spontaneous Polarization in the Grain Boundary Properties in Barium Titanate Ceramics."Proc.of US-Japan Workshop on Electrically Active Ceramic Interfaces. 129-132 (1998)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Kuwabara: "Grain-Boundary Electronic Properties in Semiconducting Barium Titanate Ceramics"Proc.Conf.Mater.Technology,CIMTEC'98. 125-133 (1998)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Kuwabara,H.Matsuda,K.Hamamoto: "Giant Piezoresistive Effects in Single Grain Boundaries of Semiconducting Barium Titanate Ceramics"J.Electroceramics. 4. 99-103 (1999)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Kuwabara,K.Hamamoto: "Domain-Wall Motion under Mechanical Stresses and Giant Piezoresistivity in Thin Barium Titanate Ceramic Bars"J.Intelligent Mater.Sys.and Structures. 10. 434-438 (1999)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.hamamoto,H.Matsuda,K.Miyazawa,,M.Kuwabara: "Piezoresistance in Thin BaTiO_3 Ceramic Bars and Their Application"Proc.9th US-Japan Seminar on Diele.& Piezoelectric Ceramics. 441-444 (1999)

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  • [文献書誌] 桑原 誠: "フロンティアセラミックスが拓く新世紀"工業調査会. 20 (2000)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Kuwabara, H.Matsuda, Y.Ohba: "PTCR-Type (Ba, S) Tio_3 Varistors by Single-Step Firing in Air"Ceram.Trans.. 88. 251-262 (1998)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Kuwabara, H.Matsuda and K.Hamamoto: "Role of Spontaneous Polarization in the Grain Boundary Properties in Barium Titanate Ceramics"Proc.of US-Japan Workshop on Elect.Active Ceram.Interfaces. 129-132 (1998)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Kuwabara: "Grain-Boundary Electronic Properties in Semiconducting Barium Titanate Ceramics"Proc.CIMTEC '98. 125-133 (1998)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Shimooka, K.Yamada, S.Takahashi, M.Kuwabara: "Preparation of Transparent, Partially-Crystallized BaTiO_3 Monolithic Xerogels by Sol-Gel Processing"J.Sol-Gel Sci. and Technology. 13. 873-876 (1998)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Kuwabara: "Domain-Wall Motion under Mechanical Stresses and Giant Piezoresistivity in Thin Barium Titanate Ceramic Bars"Proc.4th ICIM. 5-7 (1998)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Matsuda, M.Kuwabara, et al.: "Optical Absorption in Sol-Gel-Derived Crystalline Barium Titanium Fine Particles"J.Am.Ceram.Soc.. 81. 3010-3012 (1998)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Matsuda, T.Kobayashi, M.Kuwabara, et al.: "Structural Effects on Optical Properties of Sol-Gel Derived Transparent Monolithic BaTiO_3 Gel"Publ.Ceram.Soc.Jpn.. 1. 3-8 (1999)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Kuwabara, H.Matsuda, and Y.Ohba: "Varistor Characteristics in PTCR-Type (Ba, Sr)TiO_3 Ceramics Prepared by Single-Step Firing in Air."J.Mater.Sci.. 34. 2635-2639 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Matsuda, T.Kobayashi, H.Shiibashi, M.Kuwabara: "Optical Properties of Crystalline Gels of Barium Titanate System"Publ.Ceram.Soc.Jpn.. 5. 23-26 (1999)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Kobayashi, H.Matsuda, M.Kuwabara: "Shift of Optical Absorption Edge in Sol-Gel Derived Transparent BaTiO_3 Gels during Aging"J.Sol-Gel Sci. and Technology. 16. 165-171 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Kuwabara, H.Matsuda, K.Hamamoto: "Giant Piezoresistive Effects in Single Grain Boundaries of Semiconducting Barium Titanate Ceramics"J.Electroceramics. 4. 99-103 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Kuwabara, K.Hamamoto: "Domain-Wall Motion under Mechanical Stresses and Giant Piezoresistivity in Thin Barium Titanate Ceramic Bars"J.Int elligent Mater.Sys. and Structures. 10. 434-438 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Hamamoto, H.Matsuda, K.Miyazawa, M.Kuwabara: "Piezoresistance in Thin BaTiO_3 Ceramic Bars and Their Applications"Proc.9th US-Japan Seminar on Diele. & Piezoelectric Ceramics. 441-444 (1999)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Matsuda, N.Kobayashi, T.Kobayashi, K.Miyazawa M.Kuwabara: "Room-Temperature Synthesis of Crystalline Barium Titanate Thin films by High-Concentration Sol-Gel Method"J.Non-Cryst.Solids. 271. 162-166 (2000)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Miyazawa, M.Kuwabara: "Low Temperature Fabrication of PZT thin Films"Trans.Mater.Res.Soc.Jpn.. 25. 189-192 (2000)

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    • 関連する報告書
      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Kuwabara: "Domain-Wall Motion under Mechnical Stresses and Giant Piezoresistivity in Thin Barium Titanate Ceramic Bars"Pro.4th Int.Conf.Intelligent Mater. 14-17 (1998)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] H.Matsuda,K.Hamamoto,M.Kuwabara: "Stress Induced Resistivity Anomaly in Semiconducting BaTiO3 Ceramic W"J.Am.Ceram.Soc.. 81・1. 229-232 (1998)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] M.Kuwabara,H.Matsuda,K.Hamamoto: "Giant Piezoresistive Effects in Single Grain Boundaries of Semiconducting Barium Titanate Ceramics"J.Electroceramics. 4,suppl.1. 99-103 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] K.Hamamoto,H.Matsuda,K.Miyazawa,M.Kuwabara: "Piezoresistance in Thin BaTiO3 Ceramic Bars and Their Applications"Proc.9th US-Japan Seminar on Diele.&Piezoelectric Ceramics. 441-444 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] M.Kuwabara,K.Hamamoto: "Domain-Wall Motion under Mechanical Stresses and Giant Piezoresistivity in Thin Barium Titanate Ceramic Bars"J.Intelligent Mater.Sys.Str.. (in press). (2000)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 桑原 誠: "巨大機能物性発現セラミックスの創製と応用へのインパクト"化学工業. 50・11. 1月7日 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 桑原 誠: "フロンティアセラミックスが拓く世界"工業調査会 3章 20. (2000)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] H.Matsuda,K.Hamamoto,M.Kuwabara: "Stress Induced Resistivity Anomaly in Semiconducting BaTiO_3 Ceramic Wire" J.Am.Ceram.Soc.81・1. 229-232 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] M.Kuwabara,H.Matsuda,K.Hamamoto: "Role of Spontaneous Polarization in the Grain Boundary Properties in Barium Titanate Ceramics" Proc.US-Japan Workshop on Ele.Active Ceram.Surf.46-49 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] M.Kuwabara: "Grain Boundary Electronic Properties in Semiconducting Barium Titanate Ceramics" Proc.CIMTEC'98. 14-19 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] M.Kuwabara: "Domain-Wall Motion under Mechanical Stress and Giant Piezoresistivity in Thin Barium Titanate Ceramic Bars" Proc.4th ICIM'98. 14-17 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] M.Kuwabara,H.Matsuda,K.Hamamoto: "Giant Piezoresistive Effect in Single Grain Boundaries of Semiconducting Barium Titanate Ceramics" J.Electroceramics. (in press). (1999)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書

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公開日: 1998-04-01   更新日: 2016-04-21  

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