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ペロブスカイト構造型単結晶における巨大圧電効果とドメインダイナミクス

研究課題

研究課題/領域番号 11555233
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 無機工業化学
研究機関東京工業大学

研究代表者

鶴見 敬章  東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (70188647)

研究分担者 山下 洋八  (株)東芝, 研究開発センター, 主任研究員
大橋 直樹  物質・材料研究機構, 主任研究員 (60251617)
和田 智志  東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教授 (60240545)
研究期間 (年度) 1999 – 2001
研究課題ステータス 完了 (2001年度)
配分額 *注記
13,700千円 (直接経費: 13,700千円)
2001年度: 1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2000年度: 2,600千円 (直接経費: 2,600千円)
1999年度: 9,400千円 (直接経費: 9,400千円)
キーワードドメイン構造 / 圧電性 / 単結晶 / 電界誘起歪み / ヒステリシス曲線 / ペロブスカイ化合物 / 強誘電体 / 圧電体 / 相転移 / 超音波トランスデゥーサ / チタン酸鉛 / PZT / レーザ干渉計
研究概要

本研究は、ペロブスカイト構造型強誘電体である亜鉛ニオブ酸鉛(Pb(Zn, Nb)O_3)-チタン酸鉛(PbTiO_3)系固溶体単結晶(以下、PZNT単結晶)について、同結晶の示す巨大圧電効果を超音波トランスジューサあるいはマイクロアクチュエータに応用するため、巨大圧電効果発生のメカニズムを強誘電性ドメイン構造との関係から解明することを目的として実施された。まず、電界誘起歪み曲線と分極-電界(P-E)ヒステリシス曲線を同時に精度良く測定する装置を試作し、その性能を検証した。また、フラックス法で育成したPZN-9%PT単結晶のドメイン構造を解析し、同結晶には正方晶系90°ドメイン構造、三方晶系71°ドメイン構造、正方晶系と三方晶系のドメイン構造が複雑に混合したランダムドメイン構造の3種類のドメイン構造があることを明らかにした。これら3種類のドメイン構造の各々について、電界誘起歪み曲線を測定し、特に三方晶系71°ドメイン構造が非常に大きな圧電歪みを発生することを明らかとした。この圧電歪みは三方-正方の電界誘起相転位によるものであった。3種類のドメイン構造で特性が大きく異なることは、この単結晶を超音波トランスデューサに応用するときに大きな障害となることが予想された。そこで、三方晶系を安定化するため、PT固溶量の少ないPZN-7%PTの単結晶を育成した。この結晶にも異なるドメイン構造は観察されたが、ドメイン構造による特性の差は小さくいことが明らかとなつ失。一方、ドメインダイナミクスを解析する手法の確立を目的として、共振状態の複素イミタンスを理論式とフイッテングし、物性値を複素定数として正確に評価する方法を提案した。試料にはハード系とソフト系のPZTセラミックスを用いた。解析の結果、ハード系とソフト系のb7は弾性定数の虚数部分に最も顕著に表れ、この差は非180°ドメイン壁のクランピングの程度を反映するものであることを明らかにした。

報告書

(4件)
  • 2001 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2000 実績報告書
  • 1999 実績報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (22件)

  • [文献書誌] T.Tsurumi: "Intrinsic Elastic, Dielectric and Piezoelectric Losses in PZT Ceramics Determined by Immittance-Fitting Method"J. Am. Ceram. Soc.. (in print). (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Tsurumi: "Domain Switching Properties in PZN-PT Single Crystals with Engineered Domain Configurations"Key Engineering Materials. 214-215. 9-14 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Tsurumi: "Dipolar Behavior in PZN Relaxor Single Crystal under Bias Field"Transaction of MRS-Japan. 26. 43-47 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Tsurumi: "Piezoelectric Properties of PZN-PT Single Crystal with Various Domain Structure"Transaction of MRS-Japan. 27. 255-258 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Tsurumi: "Domain Configurations of Ferroelectric Single Crystals and Their Piezoelectric Pronerties"Transaction of MRS-Japan. 26. 11-15 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Tsurumi: "Poling Treatment and Piezoelectric Properties of Potassium Niobate Ferroelectric Single Crystals"Jpn. J. Appl. Phys.. 40. 5690-5697 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Tsurumi: "Intrinsic Elastic, Dielectric and Piezoelectric Losses in PZT Ceramics Determined by Immittance-Fitting Method"J.Am. Ceram.Soc.. (in print). (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Tsurumi: "Domain Switching Properties in PZN-PT Single Crystals with Engineered Domain Configurations"Key Engineering Materials. 214-215. 9-14 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Tsurumi: "Dipolar Behavior in PZN Relaxor Single Crystal under Bias Field"Transaction of MRS-Japan. 26. 43-47 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Tsurumi: "Piezoelectric Properties of PZN-PT Single Crystal with Various Domain Structure"Transaction of MRS-Japan. 27. 255-258 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Tsurumi: "Domain Configurations of Ferroelectric Single Crystals and Their Piezoelectric Properties"Transaction of MRS-Japan. 26. 11-15 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Tsurumi: "Poling Treatment and Piezoelectric Properties of Potassium Niobate Ferroelectric Single Crystals"Jpn. J. Appl. Phys.. 40. 5690-5697 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2001 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Takaaki TSURUMI: "Dipolar Behavior in PZN Relaxor Single Crystal under Bias Field"Trans. Mater. Res. Soc. Jpn.. 25. 281-284 (2000)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Takaaki TSURUMI: "Non-180 Degree Domain Contribution in the Dielectric and Piezoelectric Properties of Pb(Zn_<1/3>Nb_<2/3>)O_3-PbTiO_3 Single Crystals"Trans. Mater. Res. Soc. Jpn.. 25. 177-180 (2000)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Takaaki TSURUMI: "ドメイン構造を制御した強誘電体単結晶における巨大圧電効果の発現"セラミックデータブック2000. 28・82. 187-189 (2000)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Takaaki TSURUMI: "Domain Configuration of Ferroelectric Single Crystals and Their Piezoelectric Properties"Trans. Mater. Res. Soc. Jpn.. 26・1. 11-14 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Takaaki TSURUMI: "Domain Switching Properties of PZN-PT Single Crystals with Engineered Domain Configuration"Key Engineering Materials. 214-215. 9-14 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Takaaki TSURUMI: "Intrinsic Elastic, Dielectric and Piezoelectric Losses in PZT Ceramics Determined by Immittance Fitting Method"J. Am. Ceram. Soc.. (in print). (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Takaaki TSURUMI: "Dipolar Behavior in PZN Relaxor Single Crystal under Bias Field"Trans. Mater. Res.Soc.Jpn.. 25. 281-284 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Takaaki TSURUMI: "Non-180 Degree Domain Contribution in the Dielectric and Piezoelectric Properties of Pb(Zn_<1/3>Nb_<2/3>)O_3-PbTiO_3 Single Crystals"Trans. Mater. Res.Soc.Jpn.. 25. 177-180 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Takaaki TSURUMI: "ドメイン構造を制御した強誘電体単結晶における巨大圧電効果の発現"セラミックデータブック2000. 28・82. 187-189 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] T.Tsurumi,K.Okamoto and N.Ohashi: "Non-180゜ domain contribution to the properties of PZN-PT single crystals"Ext.Abs.9th U-Japan Seminar on Dielectric & Piezo.Ceram.. 91-94 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書

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公開日: 1999-04-01   更新日: 2016-04-21  

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