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鉛フリーなリラクサー強誘電体および巨大圧電物質の開発と物性解明

研究課題

研究課題/領域番号 14340094
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 固体物性Ⅰ(光物性・半導体・誘電体)
研究機関島根大学

研究代表者

重松 宏武 (2003-2004)  島根大学, 教育学部, 助教授 (40281068)

秋重 幸邦 (2002)  島根大学, 教育学部, 教授 (50159331)

研究分担者 秋重 幸邦  島根大学, 教育学部, 教授 (50159331)
川口 高明  島根大学, 教育学部, 助教授 (10273913)
松本 一郎  島根大学, 教育学部, 助教授 (30335541)
三好 清貴  島根大学, 総合理工学部, 助教授 (10294365)
重松 宏武  島根大学, 教育学部, 助教授 (40281068)
研究期間 (年度) 2002 – 2004
研究課題ステータス 完了 (2004年度)
配分額 *注記
10,400千円 (直接経費: 10,400千円)
2004年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2003年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2002年度: 8,400千円 (直接経費: 8,400千円)
キーワード鉛フリー / 強誘電体 / リラクサー / ペロブスカイト / 酸化物 / 誘電率 / 構造相転移 / 単結晶 / 強誘電性 / チタン酸バリウム / 層状ペロブスカイト / 圧電性 / 酸素欠損
研究概要

本研究では、鉛系に変わる材料として、一つには、Ba-Ti系酸化物をベースにリラクサーの開発を試みた。急冷法で育成したBaTi_2O_5針状結晶が700-750K付近で強誘電相転移を起こし、その時誘電率が30,000にも達することを見出した。しかも、誘電損失は高温でも0.1以下と小さく、高温用コンデンサ材料などとして応用が期待される。この新規強誘電体材料に関する特許を出願した。酸素欠損の微妙な違いで、シャープな転移からリラクサー状のブロードな転移に代わるなど興味深い振る舞いが見出された。誘電率、誘電損失、自発分極の値を広い温度範囲で測定し、強誘電体の代表物質であるBaTiO_3と物性の違いを比較した。更に、X線回折実験から、強誘電性相転移における結晶対称性の変化や、格子変位の大きさ等を明らかにした。これらの結果を、2005年8月の日韓強誘電体会議にて、招待講演として発表した。また、FZ法によって、大きさ2×2×5mm^3の単結晶の育成に成功した。その単結晶を用いて、光吸収スペクトルやAC法による比熱の測定を行った。バンドギャップが約3.4eVと可視域で透明であること、転移点での転移エントロピーが0.136 J/molKときわめて小さいことなど明らかにした。さらに、ゾル・ゲル法にてBaTi_2O_5ナノ粒子を作製し、それをエマルジョンにしてスピンコートすることで透明薄膜の作製に成功した。薄膜材料などとしての応用の可能性が広がった。二つめは、層状スラブ構造をもつSr_2Nb_2O_7をベースに材料開発を試みた。Sr_2Nb_2O_7の強誘電性相転移温度は1615Kと非常に高い。SrをBaで50%ほど置き換えると、その転移温度は室温付近まで低下する。FZ炉を用いて、Ba添加のSr_2Nb_2O_7単結晶の育成を行い、32%まで置換した単結晶を9種類育成し、10-900Kの温度域で誘電特性を詳細に調べた。不整合相転移や低温強誘電転移がBa添加で消失し、新たに別のブロード転移が出現することを明らかにした。ラマン散乱実験やX線回折実験の結果をふまえ、この系の相図の概略を明らかにした。2004年9月の日本物理学会(青森)や2005年1月の中国地区化学会講演会で招待され、これらのトピックスを話題に講演した。三つ目の鉛フリ強誘電体材料として、K-Nb系酸化物に注目し、物質探索を試みた。KNbO_3は代表的強誘電体である。今回、K_5Nb_9O_<25>において、100K以下の低温ではあるが、新規強誘電相を見出した。Partial filled Tetragonal Tungsten Bronze構造での強誘電性は始めてであり、今後の研究の発展が期待される。

報告書

(4件)
  • 2004 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2003 実績報告書
  • 2002 実績報告書
  • 研究成果

    (27件)

すべて 2005 2004 2003 2002 その他

すべて 雑誌論文 (16件) 図書 (2件) 産業財産権 (1件) 文献書誌 (8件)

  • [雑誌論文] Phase Transition of New Ferroelectric BaTi_2O_52005

    • 著者名/発表者名
      Y.Akishige, H.Shigematsu, A.Kitahara, I.Takahashi
    • 雑誌名

      J.Korean Phys.Soc. 46

      ページ: 24-28

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書 2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Raman Scattering Study on New Ferroelectric BaTi_2O_5 Single Crystals2005

    • 著者名/発表者名
      A.Hushur, H.Shigematsu, Y.Akishige, S.Kojima
    • 雑誌名

      J.Korean Phys.Soc. 46

      ページ: 86-89

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Order-disorder Nature of Ferroelectric BaTi_2O_52005

    • 著者名/発表者名
      A.Hushur, H.Shigematsu, Y.Akishige, S.Kojima
    • 雑誌名

      Appl.Phys.Lett. 86

      ページ: 112903-112903

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Crystal Growth and Dielectric Properties of New Ferroelectric Barium Titanate : BaTi_2O_52004

    • 著者名/発表者名
      Y.Akishige, K.Fukano, H.Shigematsu
    • 雑誌名

      J.Electroceramics 13

      ページ: 561-565

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書 2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Pressure Induced Insulator-Metal Transition in Hexagonal BaTiO_<3-δ>2004

    • 著者名/発表者名
      Y.Akishige, Y.Yamazaki, N.Mori
    • 雑誌名

      J.Phys.Soc.Jpn. 73

      ページ: 1267-1272

    • NAID

      110001954842

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書 2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Peculiar Dielectric Behaviors on Li_2B_4O_7 Single Crystals2004

    • 著者名/発表者名
      Y.Akishige, R.Komatsu
    • 雑誌名

      J.Phys.Soc.Jpn. 73

      ページ: 1341-1346

    • NAID

      110001954853

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書 2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Soft Optical Phonon in Ba-doped Sr_2Nb_2O_7 Ceramics2004

    • 著者名/発表者名
      A.Hushur, Y.Akishige, S.Kojima
    • 雑誌名

      Ceramics International 30

      ページ: 2023-2027

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Refinement of Crystal Structural Parameters of the Intermediate Phase of h-BaTiO_3 Using Convergent-beam Electron Diffraction2004

    • 著者名/発表者名
      Y.Ogata, K.Tsuda, Y.Akishige, M.Tanaka
    • 雑誌名

      Acta Crystallographica, A 60

      ページ: 525-531

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Observation of Relaxation Mode in Ferroelectric Barium Dititanate by Micro-Brillouin Scattering2004

    • 著者名/発表者名
      A.Hushur, H.Shigematsu, Y.Akishige, S.Kojima
    • 雑誌名

      Jpn.J.Appl.Phys.(Part 1) 43

      ページ: 6825-6828

    • NAID

      10013612741

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Soft Optical Phonon in Ba-doped Sr_2Nb_2O_7 Ceramics2004

    • 著者名/発表者名
      A.Hushur, Y.Akishige, S.Kojima
    • 雑誌名

      Ceramic International 30

      ページ: 2023-2027

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Observation of Relaxation Mode in Ferroelectric Barium Dititanate by Micro-Brilloum Scattering2004

    • 著者名/発表者名
      A.Hushur, H.Shigematsu, Y.Akishige, S.Kojima
    • 雑誌名

      Jpn.J.Appl.Phys. 43,9B

      ページ: 6825-6828

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Successive Phase Transition of (Sr_<1-x>Ba_x)_2Nb_2O_72003

    • 著者名/発表者名
      Y.Akishige, M.Kamata, K.Fukano
    • 雑誌名

      J.Korean Phys.Soc. 42

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] New Ferroelectric BaTi_2O_52003

    • 著者名/発表者名
      Y.Akishige, K.Fukano, H.Shigematsu
    • 雑誌名

      Jpn.J.Appl.Phys.(Part 2) 42

    • NAID

      10011445490

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] New Ferroelectric Phase in Binary System K_2O-Nb_2O_5 : K_5Nb_9O_<25> and Its Ferroelectric Properties2003

    • 著者名/発表者名
      R.Komatsu, K.Nishikori, T.Okeya, K.Ikeda, Y.Akishige
    • 雑誌名

      Jpn.J.Appl.Phys.(Part 1) 42

      ページ: 6106-6109

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Raman Scattering Study on Ferroelectric (Ba_<0.32>Sr_<0.68>)_2Nb_2O_7 Ceramics

    • 著者名/発表者名
      A.Hushur, Y.Akishige, S.Kojima
    • 雑誌名

      Material Science & Engineering B (in press)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Specific Heat on Sr_2Nb_2O_7 and Sr_2Ta_2O_7

    • 著者名/発表者名
      Y.Akishige, H.Shigematsu, T.Tojo, H.Kawaji, T.Atake
    • 雑誌名

      J.Thermal Analysis and Calorimetry (in press)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [図書] Landolt-Bornstein New Series III/36-B1, Ferroelectrics and Related Substances2004

    • 著者名/発表者名
      Y.Akishige 他20名
    • 総ページ数
      573
    • 出版者
      Springer
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [図書] Landolt-Bornstein New Series III/36-A2 : Ferroelectrics and Related Substances2002

    • 著者名/発表者名
      Y.Akishige他20名
    • 総ページ数
      540
    • 出版者
      Springer-Verlag
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [産業財産権] チタン酸バリウム結晶、コンデンサ、光スイッチおよびFRAM2003

    • 発明者名
      秋重 幸邦, 深野 勝洋
    • 権利者名
      島根大学長
    • 産業財産権番号
      2003-025369
    • 出願年月日
      2003-02-03
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Akishige, K.Fukano, H.Shigematsu: "New Ferroelectric BaTi_2O_5"Jpn.J.Appl.Phys.. 42. L946-L948 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] S.Shioya, T.Nagasaki, T.Matsui, H.Shigematsu: "Lithium-Isotope Effect on Ionic Conductivity of (La_<0.52>Li_<0.27>)_<0.95>Sr_<0.05>TiO_<2.92>"Solid State Ionics. 161. 55-59 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Akishige, K.Fukano, H.Shigematsu: "Crystal Growth and Dielectric Properties of New Ferroelectric Barium Titanate : BaTi_2O_5"J.Electroceramics. (印刷中). (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Akishige, T.Michiie, T.Tsunogae: "Ferroelectric Curie Temperature of BaTiO_3 Single Crystals Grown by A Flux Method"Ferroelectrics. 269. 249-254 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] N.Mori, S.Todo, Y.Akishige: "Metallization of Magnetite at High Pressures"Physica B. 312-313. 686-690 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Akishige, M.Kamata, K.Fukano: "Successive Phase Transition of (Sr_<1-x>Ba_x)_2Nb_2O_7"J. Korean Phys. Soc.. (印刷中). (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 秋重幸邦, 釜田美紗子: "ペロブスカイト関連層状構造を持つA_2B_2O_7型酸化物強誘電体の結晶化学"島根大学教育学部紀要(自然科学). 36(印刷中). (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 編者:Y.Shiozaki, E.Nakamura 著者:Y.Akishige: "Ferroelectrics and Related Substances : Subvolume A2,Oxides編者:Y.Shiozaki, E.Nakamura"Springer-Verlag. (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書

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公開日: 2002-04-01   更新日: 2020-05-15  

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