| 研究課題/領域番号 |
19K15288
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分26020:無機材料および物性関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
清水 荘雄 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 独立研究者 (60707587)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021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: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2020年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2019年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | 圧電体 / ペロブスカイト型構造 / 非鉛材料 / 強誘電体 / ドメイン構造 / 非鉛圧電体 / ドメインスイッチング / 圧電性 / 薄膜 / 歪制御 / 電場誘起相転移 / モルフォトロピック相境界 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、圧電体薄膜材料の探索に対して行われていた組成制御による相境界の探索という考え方から脱却し、新しいメカニズムとして可逆的なドメイン応答を導入することによって、既存の材料設計にとらわれない巨大圧電体材料の創成を目指す。結晶異方性を持つ材料一般に適用できるこの概念を用いることで、新規非鉛圧電体材料や非ペロブスカイト型結晶構造の圧電体材料の創成を行う。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、モルフォトロピック相境界探索という従来手法を用いずに膜形態材料の圧電特性を向上する手法として、ドメインスイッチングを利用したコンセプトを提案した。高電圧印加によってドメイン構造を微細化することによって、鉛系の圧電材料であるチタン酸ジルコン酸鉛の圧電特性が、電圧印加前よりも約4倍程度まで向上することを見出した。このメカニズムはより安定なドメイン構造を電圧印加によって実現することにより発現することをシミュレーションによって解明した。さらにこのメカニズムを非鉛圧電体材料であるチタン酸ビスマスナトリウムーチタン酸バリウム固溶体に適用し、非鉛圧電体膜として高い圧電性を得ることに成功した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
圧電材料は、センサやアクチュエータに応用されている電子材料であるが、従来使用されてきたチタン酸ジルコン酸鉛は鉛を含むため、圧電材料の非鉛化が求められてきた。本研究では、特に電子材料として今後重要となる膜形態の圧電材料において、従来主として研究されてきた相境界の探索という枠組みを離れて圧電性を向上させる手法の提案を行った。本研究で提案したドメインスイッチングを利用する手法は、強誘電体の特性の一つである異方性を用いることによって圧電性を向上させる手法であり、組成に関係なく適用可能であるため、今後種々の材料への展開させることにより、新たな圧電材料の登場が期待できる。
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