実用温度範囲の広いリラクサ系圧電単結晶振動子の開発

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12555086
• 研究機関: 岐阜大学
• 研究代表者: 安田 直彦 岐阜大学, 工学部, 教授 (90021625)
• 研究分担者: 林 浩司 岐阜大学, 工学部, 助教授 (00238106) ; 山下 洋八 株式会社東芝, 研究開発センター, 主任研究官 ; 大和 英弘 岐阜大学, 工学部, 助手 (70270973) ; 藤田 一彦 岐阜工業高等専門学校, 助教授 (40249793) ; 石橋 善弘 愛知淑徳大学, ビジネスコミュニケーション研究所, 教授 (00023052)
• キーワード: 圧電単結晶 / 圧電振動子 / インジウムニオブ酸チタン酸鉛 / モルフォトロピック相境界 / キュリー温度 / イッテルビウムニオブ酸チタン酸鉛 / 電気機械結合係数 / 熱分析

研究概要

低キュリー温度から生じる低抗電界のための脱分極や長時間素子使用に伴う温度上昇のため実用使用温度範囲が制限されること等から高いキュリー温度を有する圧電強誘電体単結晶育成が注目されている。本研究ではキュリー温度が280℃と高く、従来知られている250℃以上の圧電単結晶の中では最も電気機械結合係数k_<33>'が高い値78%であることをPb(In_<1/2>Nb_<1/2>)O_3-PbTiO_3(PIN-PT)系でつきとめた。更に、高温度200℃下でもその電気機械結合係数が僅か5%の減少に留まり、その温度特性が従来知られているPb(Zn_<1/3>Nb_<2/3>)O_3-PbTiO_3(PZN-PT)系(キュリー温度170℃でk_<33>'が高い値)よりもはるかに優れた温度特性を有することを発見した。現在,更に高いキュリー温度400℃を有するPb(Yb_<1/2>Nb_<1/2>)O_3-PbTiO_3(PYN-PT)系で一部単結晶化に成功した。これらはいずれも設備備品であるTGA-DTA装置(理学サーモプラス2)を用いて精度の高い熱力学データを取り、融点や液相点を組成比ごとに明らかに出来た事による。現在、更に高品質、で大型単結晶育成条件の開発に向けて熱分析結果を基に研究を進めている。また、圧電振動子の試作を行い、加工性が良いことが確かめられた。菱面体晶と正方晶のモルフォホトロピック相境界近傍で誘電率、自発分極、抗電界等の結晶方位依存性を明らかにし、圧電材料ばかりでなくメモリー材料等としても重要であることを見出した。強誘電体に於ける圧電やメモリー等の材料探査に於ける設計指針を提案している。

研究成果

• [文献書誌] N.Yasuda et.al.: "Piezoelectric Properties of a High Curie Temperature Pb (In_<12>Nb_<12>)O_3-PbTiO_3 Binary System Single Crystal near a Morphotoropic Phase Boundary"Jpn.J.Appl.Phys.. 39. L66-L68 (2000)
• [文献書誌] H.Ohwa et.al.: "Observation of the Distribution of the Transition Temperature in Pb (In_<1/2>Nb_<1/2>)O_3."J.Phys.Soc.Jpn.. 69. 1533-1537 (2000)
• [文献書誌] N.Yasuda et.al.: "Tamperature Dependence of Piczoelectric Properties of a High Curie Temperature Pb (In_<12> Nb_<1/2>) O_3-PbTiO_3 Binary System Single Crystal near a Morphotoropic…."Jpn.J.Appl.Phys.. 39. 5586-5585 (2000)
• [文献書誌] S.Ishino et.al.: "X-ray Diffraction Study of Domain Reversal in Relaxor Pb (Zn_<1/3>Nb_<2/3>) O_3."J.Phys.Soc.Jpn.. 69. 3154-3157 (2000)
• [文献書誌] N.Yasuda et.al.: "Crystal Growth and Electrical Properties of Lead Indium Niobate-Lead Titanate Binary Single Crystal."J.Crystal Growth. 139-140 (2000)
• [文献書誌] Y.Ishibashi: "On Elastic Anomaly at the Hexagonal-Orthorhombic Transition in hexagonal BaTiO_3 and Ice."J.Phys.Soc.Jpn.. 70. 307-308 (2000)
• [文献書誌] Y.Yamashita et.al.: "Effect of Molecular Mass of B-site Ions on Electromechanical coupling Factors of Lead-Based Perovskite Piezoelectric Materials."Jpn.J.Appl.Phys.. 39. 5593-5596 (2000)
• [文献書誌] M.Iwata et.al.: "Theory of Morphotoropic Phase Boundary in Solid Solution Systems of Perovskite-type Oxide Ferroelectrics : Engineered Domain Configurations."Jpn.J.Appl.Phys.. 39No.9A. 5156-5163 (2000)
• [文献書誌] M.Iwata et al.: "Theory of Morphotoropic Phase Boundary in Solid Solution Systems of Perovskite-type Oxide Ferroelectrics : Engineered Domain Corfigurations II."Jpn.J.Appl.Phys.. 40No.2A. (2001)
• [文献書誌] M.Iwata et.al.: "A Theory of Polarization Reversals near the morphotoropic Phase Boundary of Perovskite-type Oxide Ferroelectrics."Jpn.J.Appl.Phys.. 40No.2A. (2001)