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ラマン散乱によるBi,Naの揮発を抑制したチタン酸ビスマスナトリウムの構造と機能

研究課題

研究課題/領域番号 21K04651
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
研究機関山口大学

研究代表者

藤森 宏高  山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (00301309)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワードチタン酸ビスマスナトリウム / ラマン / 強誘電体 / ラマン散乱 / リートベルト解析 / 錯体重合法
研究開始時の研究の概要

本研究課題の研究計画は、以下の3項目からなる。
(1)錯体重合法による組成が極めて均一な試料の低温合成(令和3年度、令和4年度、令和5年度前期に実施)
(2)電気的性質の測定(令和3年度後期、令和4年度、令和5年度前期に実施):誘電率、歪みと電場との間のヒステリシス、抗電界、残留分極などの測定
(3)構造解析(令和3年度後期、令和4年度、令和5年度に実施):粉末X線回折(XRD)のリートベルト解析によるMPB組成の評価、顕微ラマンを用いた2相共存下における両相のドメイン関係の観察、透過型電子顕微鏡観察、走査型電子顕微鏡を用いたEBSD(電子線後方散乱回折)観察

研究成果の概要

環境に優しい非鉛系強誘電体であるNa0.5Bi0.5TiO3 (NBT)において、従来から行われてきた固相反応法では1120℃以上の高温での長時間焼成を必要とするために、NaとBiが揮発し、仕込み組成から実際の組成がずれてしまう可能性がある。この場合、NBT中のNaとBiが欠損することにより正しい評価が行われてこなかったことになる。そこで本研究では錯体重合法を用いた低温合成により、無欠損のNBTの合成を行い、X線回折のリートベルト解析によりモルフォトロピック相境界(MPB)の再評価を行った。さらに顕微ラマンを用いた偏光測定による2相共存下における両相のドメインの観察にも挑戦した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

既往の研究で行われているような、仕込み組成濃度からずれた欠陥量を制御できていない試料を用いる場合、その研究成果は各研究室や工場におけるプロセスのノウハウとして蓄積されるだけである。これでは別の研究室や工場での再現性は得られず、サイエンスとは言えないばかりか、品質管理がなされた安定した生産からは、ほど遠くなる。我々が合成した無欠損のNBTの試料においては、既往の研究では出現していなかった相が出現することを、我々は検出している。本研究のように組成濃度を厳密に制御し、素性のわかった試料を用いて構造を明らかにすることは極めて大きな意義があると思われる。

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2023 2022 2021

すべて 学会発表 (11件) (うち国際学会 3件、 招待講演 2件)

  • [学会発表] Bi欠損を抑制したCa置換チタン酸ビスマスナトリウム強誘電体のモルフォトロピック相境界2023

    • 著者名/発表者名
      藤森宏高、道方幸輝、吉田圭志朗
    • 学会等名
      日本セラミックス協会 第36回秋季シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 水溶性Ti, Nb錯体を用いたNa0.5Bi0.5TiO3-NaNbO3強誘電体の合成2023

    • 著者名/発表者名
      市田峻大、藤森宏高、島袋起徳、佐藤泰史
    • 学会等名
      日本セラミックス協会九州支部・2023年度秋季研究発表会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Synthesis of Ca-Doped Bismuth Sodium Titanate Ferroelectrics with Suppressed Bi Deficiency and the Morphotropic Phase Boundary2023

    • 著者名/発表者名
      Hirotaka Fujimori, Koki Michikata, Keishiro Yoshida
    • 学会等名
      KJ-Ceramics 37 (The 37th International Korea- Japan Seminar on Ceramics)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Morphotropic Phase Boundary of Ca-Doped Bismuth Sodium Titanate Ferroelectrics with Suppressed Bi Deficiency2023

    • 著者名/発表者名
      Hirotaka Fujimori、Koki Michikata、Keishiro Yoshida
    • 学会等名
      Grand Meeting MRM2023/IUMRS-ICA2023 (The 3rd Materials Research Meeting / The 24th International Union of Materials Research Societies-International Conference in Asia)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 水溶性Ti, Nb錯体を用いたNa0.5Bi0.5TiO3-NaNbO3強誘電体の合成2023

    • 著者名/発表者名
      市田峻大、藤森宏高
    • 学会等名
      第23回MRS-J山口大学支部 研究発表会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Bi欠損を抑制したCa置換チタン酸ビスマスナトリウム強誘電体のモルフォトロピック相境界2022

    • 著者名/発表者名
      道方幸輝、藤森宏高、吉田圭志朗
    • 学会等名
      第22回MRS-J山口大学支部 研究発表会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Ca置換チタン酸ビスマスナトリウム強誘電体のモルフォトロピック相境界2021

    • 著者名/発表者名
      道方幸輝、藤森宏高、吉田圭志朗
    • 学会等名
      日本セラミックス協会 第34回秋季シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 低周波領域 アンチストークス・ストークス同時ラマン測定システムの開発2021

    • 著者名/発表者名
      藤森宏高、清水良佑
    • 学会等名
      日本セラミックス協会 第34回秋季シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 低周波領域 アンチストークス・ストークス同時ラマン測定システムの開発2021

    • 著者名/発表者名
      藤森宏高
    • 学会等名
      日本セラミックス協会九州支部・2021年度秋季研究発表会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Bi欠損を抑制したCa置換チタン酸ビスマスナトリウム強誘電体のモルフォトロピック相境界2021

    • 著者名/発表者名
      道方幸輝、藤森宏高、吉田圭志朗
    • 学会等名
      日本セラミックス協会九州支部・2021年度秋季研究発表会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Raman Spectroscopic System for Simultaneous Measurement of anti-Stokes and Stokes in the Region of Low Frequency2021

    • 著者名/発表者名
      Hirotaka Fujimori
    • 学会等名
      Asia Pacific Society for Materials Research 2021 Annual Meeting (APSMR 2021 Annual Meeting) The Asia Pacific Society for Materials Research (APSMR)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-01-30  

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