| 研究課題/領域番号 |
19K04411
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21030:計測工学関連
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| 研究機関 | 城西大学 |
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研究代表者 |
ティティ レイ 城西大学, 理学部, 教授 (60807915)
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| 研究分担者 |
森田 剛 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (60344735)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2020年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | KNbO3, / LiNbO3 / LiTaO3 / Lead-free Piezoelectric / Hydrothermal method / Piezoelectric properties / SEM, XRD / Optical properties / 圧電定数 / KNbO3/LiTaO3 / KNbO3/LiNbO3 / PZT圧電材料 / 非鉛強誘電体材料 / 超音波アシスト水熱合成法 / 発電デバイス / 環境・医療センサー / 非線形機械定数 / PZT圧電薄膜 / 非鉛圧電薄膜 / 水熱方 / 圧電アクチュエータ / 医療・・環境モニタリング / 非鉛圧電材料 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
共振デバイスにおいて最も重要なのは圧電定数よりも高い限界振動速度(小さな非線形機械定数)の実現であり圧電性能向上ではない。本研究は、独自開発した「超音波アシスト水熱合成法」の超音波出力や照射周波数を最適化し、膜厚が50μm以上の圧電厚膜を成膜して、「平板形状」「低い振動限界」「小さな圧電占有体積」という今までの境界条件を打破し、設計自由度を高める。圧電材料は、現在主に行っているPZTに加えて、LiNbO3を中心とした非鉛圧電材料を検討する。
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| 研究成果の概要 |
圧電薄膜材料における環境保全観点とエネルギー貯蔵やＳＡＷディバイスセンサー等への要望が高まっていることから当初予定された超音波アシスト水熱合成法による鉛系ＰＺＴ圧電厚膜の生成から非鉛圧電薄膜の生成を着目点として研究を進めた。具体的には、非鉛材料であるLiNbO3とLiTaO3単結晶を基板としてKNbO3薄膜の生成を実験、シミュレーション両方で実施した。成膜の実験から反応時間と温度を制御することによって膜の最適化が可能となり一回の生成でLiNbO3基板上に約２７μmのKNbO3薄膜の成長に成功した。薄膜の圧電性質・光学性質をレーザドップラ振動計（LDV）と分光測定方法により求めることができた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
ニオブ酸カリウム（KNbO3）は４３５℃付近にキュリー温度を持ち、電気機械結合係数が大きいことなどからPZTに代替の非鉛圧電材料として期待されている。しかしながら性質の良い（KNbO3）成膜の作製には基板材との密着性や生成における化学反応の安定性など難点がまだ残っている。これらの問題を解決するために今回（KNbO3）と同じ結晶構造を持ちキュリー温度がKNbO3より高く、光学的性質にも優れているLiNbO3とLiTaO3単結晶を基板としてKNbO3薄膜の生成を実施した。研究成果として一回の膜生成でLiNbO3基板上で約２７μmのKNbO3薄膜がはじめて得られたことは学術的及び社会的意義が大きい。
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