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高温利用可能な配向性無鉛圧電膜パターンの新規作製手法に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 20K05083
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分26020:無機材料および物性関連
研究機関富山県産業技術研究開発センター

研究代表者

坂井 雄一  富山県産業技術研究開発センター, その他部局等, 主任研究員 (70416155)

研究分担者 唐木 智明  富山県立大学, 工学部, 准教授 (10254236)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
キーワード圧電体 / 非鉛 / 配向 / 印刷 / 無鉛圧電体 / 厚膜 / スクリーン印刷 / 脱分極温度
研究開始時の研究の概要

スクリーン印刷と熱処理のみで、高温利用が可能かつ特性が良好な配向性無鉛圧電体の厚膜パターン形成技術を確立する。次の2課題に取り組み、成果を組み合わせることで、鉛系圧電体に匹敵する無鉛圧電体膜を作製する。
課題1:基板からの圧縮応力を利用した(Bi,Na)TiO3-BaTiO3系厚膜の脱分極温度(Td)の高温化
課題2:BaTiO3系厚膜で有効であった配向性厚膜形成手法の(Bi,Na)TiO3-BaTiO3系厚膜への適用による特性向上

研究成果の概要

非鉛系圧電材料の(1-x)(Bi,Na)TiO3-xBaTiO3(BNT-100xBT)は、脱分極温度Tdの上昇と特性向上が望まれている。電子部品に適した膜パターンの形成手法として、省工程で廃液フリーのスクリーン印刷法を選択、BNT-100xBT厚膜を作製した。基板からの圧縮応力を利用することで厚膜のTdが上昇すること、添加物により電気特性を改善できることを確認した。さらに特性向上が見込まれる配向性BNT-100xBT厚膜を印刷法で作製するための手法を見出した。具体的には、印刷用ペースト材料に角状粒子を用いてテンプレート層を形成、その上に通常粒子で厚膜を形成することで高配向な厚膜が得られた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

現在、電子部品用圧電材料としてチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)が広く使用されている。有害な鉛を含有しない無鉛材料の開発が求められているが、PZT系に匹敵する特性が得られておらず、無鉛圧電材料の開発が望まれている。
本研究では、省工程かつ廃液フリーの膜パターン形成手法であるスクリーン印刷法で、非鉛系圧電材料(Bi,Na)TiO3-BaTiO3について、特性向上につながる配向膜作製のための新たな手法を見出した。また、残留応力に起因した格子歪みが相転移に与える影響を明らかにするとともに使用可能な温度範囲を広げることができた。BNT-BT厚膜への金属酸化物添加物による特性向上とその役割も明らかとなった。

報告書

(4件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (6件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Effect of MnO<sub>2</sub> addition on temperature-dependent properties of tetragonal (Bi,Na)TiO<sub>3</sub>?BaTiO<sub>3</sub> thick films prepared on MgO ceramic substrates2021

    • 著者名/発表者名
      Sakai Yuichi、Karaki Tomoaki
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 60 号: SF ページ: SFFB04-SFFB04

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac1251

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of substrate thermal expansion coefficients on the properties of (Bi,Na)TiO3-BaTiO3 thick films around the morphotropic phase boundary2020

    • 著者名/発表者名
      Sakai Yuichi、Karaki Tomoaki
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 59 号: SP ページ: SPPB05-SPPB05

    • DOI

      10.35848/1347-4065/aba555

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 角状微粒子を利用した配向性(Bi0.5Na0.5)TiO3-BaTiO3厚膜パターンの作製2023

    • 著者名/発表者名
      坂井雄一
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2023年年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] スクリーン印刷法による 高配向Pb(Mg1/3Nb2/3)TiO3-PbTiO3厚膜の作製2023

    • 著者名/発表者名
      坂井雄一
    • 学会等名
      第40回強誘電体会議
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] (Bi,Na)TiO3-BaTiO3厚膜における脱分極温度の上昇2022

    • 著者名/発表者名
      坂井雄一、唐木智明
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] セラミックス基板上に作製したMnO2添加(Bi,Na)TiO3-BaTiO3系厚膜の温度特性2021

    • 著者名/発表者名
      坂井雄一、唐木智明
    • 学会等名
      第38回強誘電体会議
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 正方晶(Bi,Na)TiO3-BaTiO3厚膜の作製と評価2021

    • 著者名/発表者名
      坂井雄一、唐木智明
    • 学会等名
      第24回日本セラミックス協会北陸支部秋季研究発表会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 熱膨張係数の異なる基板上に作製した(Bi,Na)TiO3-BaTiO3系厚膜の諸特性2020

    • 著者名/発表者名
      坂井雄一、唐木智明
    • 学会等名
      第37回強誘電体会議
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [備考] 2021 富山県産業技術研究開発センター研究報告

    • URL

      http://www.itc.pref.toyama.jp/reserch/report/2021(R03).pdf

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-01-30  

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