| 研究課題/領域番号 |
20K05073
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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26020:無機材料および物性関連
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| 研究機関 | 山梨大学 |
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研究代表者 |
藤井 一郎 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (20597645)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 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)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2020年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | 圧電体 / 強誘電体 / 非鉛圧電材料 / 単結晶 / 固相結晶成長法 / ニオブ酸ナトリウムカリウム / 圧電材料 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は、元素置換したニオブ酸ナトリウムカリウム［(K,Na)NbO3,KNN］系非鉛圧電単結晶を作製し、単結晶の微構造を微細化することで圧電特性を飛躍的に向上させることを目的とする。単結晶の作製には、種結晶をKNN系粉末の圧粉体に埋め込み、焼結することで種結晶からKNN系単結晶を成長させる「固相結晶成長法」を用いる。圧電特性の評価が容易となる 1 mm 以上成長した単結晶を得るためのプロセス条件(焼結温度・時間、焼結雰囲気調整粉の種類、種結晶の結晶方位等)を探索にする。また、単結晶の微構造が微細化する電場印加条件を探索する。
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| 研究成果の概要 |
圧電材料は、結晶系が変わるような化学組成や特定の結晶方位を選ぶことで、その圧電特性を高めることができる。本研究では、代表的な非鉛圧電材料である(K0.5Na0.5)NbO3（KNN）に着目し、その一部を元素置換した材料（LKNN-BZ-BNTなど）の単結晶を作製することで、圧電特性の向上を目指した。KNN系材料の単結晶は固相結晶成長法を用いて作製した。作製条件を検討した結果、LKNN-BZ-BNT単結晶の圧電特性d33は405 pC/Nとなり、同組成の多結晶体の文献値よりも1.7倍大きく、また同方法を用いて作製したKNN単結晶のd33値（153 pC/N）よりも大きな値を示すことがわかった。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
Pb(Zr,Ti)O3 (PZT)は圧電素子として電子デバイスに用いられている。しかしながら有毒な鉛を含むため将来RoHS指令等で使用が制限される可能性がある。(K0.5Na0.5)NbO3 (KNN)とその固溶体は代替候補材料の１つである。PZTに比べて圧電特性が小さいので向上させる必要がある。本研究では、KNNより圧電特性が大きく、その温度安定性に優れるKNN固溶体の単結晶を作製し、その圧電特性d33が405 pC/Nと多結晶体の値よりも1.7倍大きいことを明らかにした。KNN系単結晶においても結晶異方性を活かすことで、圧電特性を向上できることを示した。
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