ソフトPZTに匹敵する高性能非鉛圧電材料の研究

• 研究課題/領域番号: 22360278
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 無機材料・物性
• 研究機関: 独立行政法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 任 暁兵 独立行政法人物質・材料研究機構, 先端材料プロセスユニット, グループリーダー (50292529)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 19,110千円 (直接経費: 14,700千円、間接経費: 4,410千円); 2012年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2011年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円); 2010年度: 10,400千円 (直接経費: 8,000千円、間接経費: 2,400千円)
• キーワード: 圧電材料 / 非鉛圧電材料 / 誘電体

研究概要

我々が提唱した三重点MPB理論に基づいて、BZT-BCTに続いて、BTS-BCT、BHfT-BCTの二つ非鉛圧電材料系において圧電定数d33が500pC/Nを超える世界最高圧電性能を有する非鉛圧電材料を開発した。高分解透過型電顕および収束電子回折(CBED)を用いて、非鉛圧電材料系にMPB付近の組成の微細組織及びそれの温度、組成依存性を調べ、階層状ドメイン(hierarchical domain)の存在を発見し、非鉛系の大きな圧電効果起因を明らかにした。本研究は新規高性能非鉛圧電材料開発に指針を与える可能性を秘める。

研究成果

• [雑誌論文] A comparison between tetragonal-rhombohedral and tetragonal-orthorhombic phase boundaries on piezoelectricity enhancement (2012)
  • 著者名/発表者名: Xue DZ, Zhou YM, Gao JH, Xiangdong Ding, X. Ren
  • 雑誌名: EPL 巻: 100[1] 号: 1 ページ: 17010-17010
  • DOI: 10.1209/0295-5075/100/17010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ferroelastic and strain glass transition in (1-x)(Bi0.5Na0.5) TiO3-xBaTiO(3) solid solution (2012)
  • 著者名/発表者名: Yao YG, Yao YD, S. Ren, Zhou C, Li LL, X. Ren
  • 雑誌名: EPL 巻: 100[1] 号: 1 ページ: 17004-17004
  • DOI: 10.1209/0295-5075/100/17004
  • 査読あり
• [雑誌論文] "Large piezoelectricity and dielectric permittivity in BaTiO3-xBaSnO3 system: The role of phase coexisting (2012)
  • 著者名/発表者名: Yao YG, Zhou C, Lv DC, Wang D, Wu HJ, Yang YD, X. Ren
  • 雑誌名: EPL 巻: 98[2] 号: 2 ページ: 27008-27008
  • DOI: 10.1209/0295-5075/98/27008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Leaf-like dislocation substructures and the decrease of martensitic start temperatures: A new explanation for functional fatigue during thermally induced martensitic transformations in coarse-grained Ni-rich Ti-Ni shape memory alloys (2012)
  • 著者名/発表者名: Zhang J, Somsen C, Simon T, Ding XD, Hou S, Ren S, X. Ren, Eggeler G, K. Otsuka, Sun J
  • 雑誌名: Acta Mater 巻: 60[5] 号: 5 ページ: 1999-2006
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2011.12.014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetodielectric effect from the onset of ferrimagnetic transition in CoCr2O4 (2012)
  • 著者名/発表者名: Yang S, B. Huixin, D. Xue, Zhou C, J. Gao, Y Wang, JQWang, X P Song, Z B Sun, X. Ren, K. Otsuka
  • 雑誌名: J. Phys. D-Appl. Phys. 巻: 45[26] 号: 26 ページ: 265001-1
  • DOI: 10.1088/0022-3727/45/26/265001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microstructure at morphotropic phase boundary in Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-ceramic: Coexistence of nano-scaled {110}-type rhombohedral twin and {110}-type tetragonal twin (2012)
  • 著者名/発表者名: 6.Haijun W, D. Xue, Lv DC, J. Gao, Gao SW, Zhou YM, Ding XD, Zhou C, YangS, Yang YD, X. Ren
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 112[5] 号: 5 ページ: 52004-1
  • DOI: 10.1063/1.4745935
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phase diagram of ferroelastic systems in the presence of disorder: Analytical model and experimental verification (2012)
  • 著者名/発表者名: Vasseur R, Xue D, Zhou Y., Ettoumi W, Ding X, X. Ren, T. Lookman
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 86[18] 号: 18 ページ: 184103-1
  • DOI: 10.1103/physrevb.86.184103
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phase diagram of polar states in doped ferroelectric systems (2012)
  • 著者名/発表者名: Wang D, Ke Xiaoqin, Wang YZ, J. Gao, WangY, Zhang LX, Yang S, X. Ren
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 86[5] 号: 5 ページ: 54120-1
  • DOI: 10.1103/physrevb.86.054120
  • 査読あり
• [雑誌論文] Triple-point-type morphotropic phase boundary based large piezoelectric Pb-free material-Ba(Ti0.8Hf0.2)O-3-(Ba0.7Ca0.3)TiO3 (2012)
  • 著者名/発表者名: Zhou C, Liu WF, D. Xue, X. Ren, Bao HX, J. Gao, Lixue Zhang
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 100[22] 号: 22 ページ: 222910-1
  • DOI: 10.1063/1.4724216
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mn dopant on the "domain stabilization" effect of aged BaTiO3 and PbTiO3-based piezoelectrics (2012)
  • 著者名/発表者名: Lixue Zhang, Wenfeng Liu, Wei Chen, X. Ren, Jun Sun, Erkan A. Gurdal, Seyit O. Ural, Kenji Uchino
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 101[24] 号: 24 ページ: 242903-1
  • DOI: 10.1063/1.4770311
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evidence for crossover martensite in Ti50Ni45Fe5: An intermediate state between normal martensite and strain glass (2012)
  • 著者名/発表者名: SEN HOU, YU WANG, JIAN ZHANG, DONG WANG, S. Ren, X. Ren
  • 雑誌名: EPL 巻: 100[5] 号: 5 ページ: 58001-1
  • DOI: 10.1209/0295-5075/100/58001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Aging and deaging effects in shape memory alloys (2012)
  • 著者名/発表者名: 12.Dezhen Xue, Yumei Zhou, Xiangdong Ding, Turab Lookman, Jun Sun, X. Ren
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 86[18] 号: 18 ページ: 184109-1
  • DOI: 10.1103/physrevb.86.184109
  • 査読あり
• [雑誌論文] A quantitative model for stabilization effect induced by ferroelectric aging (2011)
  • 著者名/発表者名: 13.H. Bao, D. Xue, Y. Wang, J. Gao, L. Zhang, S. Yang, K. L. Yadav and X. Ren
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 109[12] 号: 12 ページ: 124103-1
  • DOI: 10.1063/1.3596605
  • 査読あり
• [雑誌論文] Aging-induced domain memory in acceptor-doped perovskite ferroelectrics associated with ferroelectric-ferroelectric transition cycle (2011)
  • 著者名/発表者名: J. Gao, D. Xue, L. Zhang, Y. Wang, H. Bao, C. Zhou, W. Liu, W. Chen and X. Ren
  • 雑誌名: EPL 巻: 96[3] 号: 3 ページ: 37001-37001
  • DOI: 10.1209/0295-5075/96/37001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Large digital-characterized electrostrain in Mn-doped (Pb Sr)TiO3 electro-shape-memory ceramics (2011)
  • 著者名/発表者名: W. Liu, L. Zhang, W. Chen, S. Li and X. Ren
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 99[9] 号: 9 ページ: 92907-1
  • DOI: 10.1063/1.3632079
  • 査読あり
• [雑誌論文] Large piezoelectric effect in Pb-free Ba(Ti Sn)O3-x(Ba Ca)TiO3 ceramics (2011)
  • 著者名/発表者名: 16.D. Xue, Y. Zhou, H. Bao, J. Gao, C. Zhou and X. Ren
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 99[12] 号: 12 ページ: 122901-1
  • DOI: 10.1063/1.3640214
  • 査読あり
• [雑誌論文] Martensite aging effects on the dynamic properties of Au?Cd shape memory alloys: Characteristics and modeling (2011)
  • 著者名/発表者名: D. Xue, Y. Zhou, X. Ding, K. Otsuka, J. Sun and X. Ren
  • 雑誌名: Acta Mater 巻: 59[12] 号: 12 ページ: 4999-5011
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2011.04.050
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microstructure basis for strong piezoelectricity in Pb-free Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-(Ba0.7Ca0.3)TiO3 ceramics (2011)
  • 著者名/発表者名: J. Gao, D. Xue, Y. Wang, D. Wang, L. Zhang, H. Wu, S. Guo, H. Bao, C. Zhou, W. Liu, S. Hou, G. Xiao and X. Ren
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 99[9] 号: 9 ページ: 92901-1
  • DOI: 10.1063/1.3629784
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stress changed damping and associated transforming behavior in a Ti48.5Ni51.5 strain glass (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Wang, X. Song, X. Ding, S. Yang, J. Zhang, X. Ren and K. Otsuka
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 99[5] 号: 5 ページ: 51905-1
  • DOI: 10.1063/1.3619830
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stress-induced strain glass to martensite (R) transition in a Ti_{50}Ni_{44.5}Fe_{5.5} alloy (2011)
  • 著者名/発表者名: J. Zhang, Y. Wang, X. Ding, Z. Zhang, Y. Zhou, X. Ren, K. Otsuka, J. Sun and M. Song
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 83[17] 号: 17 ページ: 174204-1
  • DOI: 10.1103/physrevb.83.174204
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elastic piezoelectric and dielectric properties of Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-50(Ba0.7Ca0.3)TiO3 Pb-free ceramic at the morphotropic phase boundary (2011)
  • 著者名/発表者名: D. Xue, Y. Zhou, H. Bao, C. Zhou, J. Gao and X. Ren
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 109[5] 号: 5 ページ: 54110-1
  • DOI: 10.1063/1.3549173
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spontaneous strain glass to martensite transition in a Ti_{50}Ni_{44.5}Fe_{5.5} strain glass (2011)
  • 著者名/発表者名: J. Zhang, Y. Wang, X. Ding, Z. Zhang, Y. Zhou, X. Ren, D. Wang, Y. Ji, M. Song, K. Otsuka and J. Sun
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 84[21] 号: 21 ページ: 214201-1
  • DOI: 10.1103/physrevb.84.214201
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elastic, piezoelectric, and dielectric properties of Ba(Zr0.2Ti0.8)O-3-50(Ba0.7Ca0.3)TiO3 Pb-free ceramic at the morphotropic phase boundary. (2011)
  • 著者名/発表者名: Xue, DZ ; Zhou, YM ; Bao, HX
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 109 ページ: 54110-54110
  • 査読あり
• [雑誌論文] Large Magnetostriction from Morphotropic Phase Boundary in Ferromagnets (2010)
  • 著者名/発表者名: Sen Yang, Huixin Bao, Chao Zhou, Yu Wang, Xiaobing Ren, Yoshitaka Matsushita, Yoshio Katsuya, Masahiko Tanaka, Keisuke Kobayashi, Xiaoping Song, Jianrong Gao
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 104 号: 19 ページ: 197201-197201
  • DOI: 10.1103/physrevlett.104.197201
  • 査読あり
• [雑誌論文] A modified lead-free piezoelectric BZT-xBCT system with higher T-C (2010)
  • 著者名/発表者名: Bao HX, Zhou C, Xue DZ, Gao JH, Ren XB
  • 雑誌名: JOURNAL OF PHYSICS D-APPLIED PHYSICS 巻: 43 ページ: 465401-465401
  • 査読あり
• [雑誌論文] Aging-induced two-step ferroelectric-to-paraelectric transition in acceptor-doped ferroelectrics (2010)
  • 著者名/発表者名: Gao JH, Xue DZ, Bao HX, Zhang LX, Zhou C, Liu WF, Chen W, Ren XB
  • 雑誌名: APPLIED PHYSICS LETTERS 巻: 96 ページ: 82906-82906
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-Step Ferroelectric to Paraelectric Transition Caused by Peak Aging (2010)
  • 著者名/発表者名: Gao, JH ; Xue, DZ ; Bao, HX
  • 雑誌名: Ferroelectrics 巻: 401 ページ: 24-29
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superelasticity in bcc nanowires by a reversible twinning mechanism (2010)
  • 著者名/発表者名: Li, SZ ; Ding, XD ; Deng, JK
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 82 ページ: 205435-205435
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strain glass in ferroelastic systems : Premartensitic tweed versus strain glass (2010)
  • 著者名/発表者名: REN, XB ; WANG, Y ; ZHOU, YM
  • 雑誌名: Philosophical Magazine 巻: 90 ページ: 141-157
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strain glass in Fe-doped Ti-Ni (2010)
  • 著者名/発表者名: Wang, D ; Zhang, Z ; Zhang, JA
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: 58 ページ: 6206-6215
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strain glass in doped Ti-50(Ni50-xDx) (D=Co,Cr,Mn) alloys : Implication for the generality of strain glass in defect-containing ferroelastic systems (2010)
  • 著者名/発表者名: Zhou, YM ; Xue, DZ ; Ding, XD
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: 58 ページ: 5433-5442
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phase diagram of Ti50-xNi50+x : Crossover from martensite to strain glass (2010)
  • 著者名/発表者名: Zhang, Z ; Wang, Y ; Wang, D
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 81 ページ: 224102-224102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Origin of ultrafast annihilation effect of martensite aging : Atomistic simulations (2010)
  • 著者名/発表者名: Deng, JK ; Ding, XD ; Lookman, T
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 82 ページ: 184101-184101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modeling Abnormal Strain States in Ferroelastic Systems : The Role of Point Defects (2010)
  • 著者名/発表者名: Wang, D ; Wang, YZ ; Zhang, Z
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 105 ページ: 205702-205702
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microscopic mechanism of martensitic stabilization in shape-memory alloys : Atomic-level processes (2010)
  • 著者名/発表者名: Deng, JK ; Ding, XD ; Lookman, T
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 81 ページ: 220101-220101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Large Magnetostriction from Morphotropic Phase Boundary in Ferromagnets (2010)
  • 著者名/発表者名: Yang, S ; Bao, HX ; Zhou, C
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 104 ページ: 197201-197201
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inverse martensitic transformation in Zr nanowires (2010)
  • 著者名/発表者名: Li, SZ ; Ding, XD ; Li, J
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 81 ページ: 245433-245433
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-Efficiency Mechanical Energy Storage and Retrieval Using Interfaces in Nanowires (2010)
  • 著者名/発表者名: Li, SZ ; Ding, XD ; Li, J
  • 雑誌名: Nano Letters 巻: 10 ページ: 1774-1779
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evolution of the relaxation spectrum during the strain glass transition of Ti48.5Ni51.5 alloy (2010)
  • 著者名/発表者名: Wang, Y ; Zhou, YM ; Zhang, JA
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: 58 ページ: 4723-4729
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evidence for short-time limit of martensite deaging in shape-memory alloys : Experiment and atomistic simulation (2010)
  • 著者名/発表者名: Deng, JK ; Ding, XD ; Zhang, Z
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 97 ページ: 171902-171902
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of Ferroelectric Aging by Manipulating Point Defects (2010)
  • 著者名/発表者名: Bao, HX ; Gao, JH ; Xue, DZ
  • 雑誌名: Ferroelectrics 巻: 401 ページ: 45-50
  • 査読あり
• [雑誌論文] AGING-INDUCED NOVEL MULTI-SCALE EFFECT IN FERROELECTRICS AND ITS UNDERLYING MECHANISM (2010)
  • 著者名/発表者名: Zhang, LX ; Ren, XB
  • 雑誌名: Functional Materials Letters 巻: 3 ページ: 69-77
  • 査読あり
• [雑誌論文] Aging Effect in Acceptor-Donor Co-Doped Ferroelectrics (2010)
  • 著者名/発表者名: Zhou, C ; Liu, WF ; Bao, HX
  • 雑誌名: Ferroelectrics 巻: 404 ページ: 141-146
  • 査読あり
• [学会発表] Triple-point type morphortropic phase boundary and high-performance Pb-free piezoelectrics (2013)
  • 著者名/発表者名: Xiaobing REN
  • 学会等名: EMA
  • 発表場所: Orlando, USA
  • 招待講演
• [学会発表] Strain Glass as a New Perspective to Martensite/Ferroelastics (2013)
  • 著者名/発表者名: Xiaobing REN
  • 学会等名: International Workshop on "Non-ergodic behavior in Martensite"
  • 発表場所: Duisburg, Germany
  • 招待講演
• [学会発表] Triple-point type morphortropic phase boundary and high piezoelectricity: (2012)
  • 著者名/発表者名: Xiaobing REN
  • 学会等名: ISAF
  • 発表場所: Aveiro, Portugal
  • 招待講演
• [学会発表] Non-Pb Piezoelectric ceramics with d33>600pC/N (2010)
  • 著者名/発表者名: Ren Xiaobing
  • 学会等名: International Workshop on Pb-free Ferroelectric Materials
  • 発表場所: SICCAS上海(中国)
• [図書] "鉛代替圧電材料" 環境・エネルギー材料ハンドブック (2011)
  • 著者名/発表者名: 任暁兵
  • 総ページ数: 859
  • 出版者: オーム社
• [図書] 環境・エネルギー材料ハンドブック(6.3節) (2011)
  • 著者名/発表者名: 任暁兵
  • 出版者: Ohmsha
• [備考]
  • URL: http://www.nims.go.jp/ferroic/
• [産業財産権] NON-LEAD-TYPE PIEZOELECTRIC MATERIAL (2013)
  • 発明者名: 任暁兵
  • 権利者名: 同上
  • 取得年月日: 2013-04-01
  • 外国
• [産業財産権] 圧電材料と非線形圧電素子 (2012)
  • 発明者名: 任暁兵
  • 権利者名: 同上
  • 出願年月日: 2012-05-25
• [産業財産権] LEAD-FREE PIEZOELECTRIC MATERIALL (2012)
  • 発明者名: 任暁兵
  • 権利者名: 同上
  • 取得年月日: 2012-05-22
  • 外国
• [産業財産権] 圧電材料とその製造方法 (2011)
  • 発明者名: 任暁兵
  • 権利者名: 同上
  • 取得年月日: 2011-03-11
• [産業財産権] NON-LEAD-TYPE PIEZOELECTRIC MATERIAL (2009)
  • 発明者名: 任暁兵
  • 権利者名: 同上
  • 出願年月日: 2009-03-10
  • 外国
• [産業財産権] Non-lead-type piezoelectric material (2009)
  • 発明者名: 任暁兵
  • 権利者名: 同上
  • 出願年月日: 2009-03-10
  • 外国