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2017 年度 実績報告書

ビスマス系非鉛圧電セラミックスと電極との反応・拡散に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 15K05667
研究機関東京理科大学

研究代表者

永田 肇  東京理科大学, 理工学部電気電子情報工学科, 教授 (70339117)

研究期間 (年度) 2015-10-21 – 2018-03-31
キーワードBi系ペロブスカイト型強誘電体 / 非鉛圧電セラミックス / 低温焼結 / 拡散
研究実績の概要

圧電セラミックスは様々な電子機器に幅広く使用されていが、このほとんどが地球環境に有害な鉛を含んだPb(Zr,Ti)O3 (PZT)を主成分としている。近年、環境負荷低減の観点から非鉛圧電材料の開発が強く要求されている。非鉛圧電材料の中で比較的圧電性の大きいものは、ペロブスカイト構造で、(Bi1/2K1/2)TiO3 (BKT)、(Bi1/2Na1/2)TiO3 (BNT)などが注目されている。一方、これらの圧電材料を電子デバイスに用いる場合、銀(Ag)などの電極を用い、セラミックスとの共焼成が必要な場合もある。その際、電極剤と圧電材料との反応や拡散といった問題は、素子の性能や信頼性に強く影響を及ぼすため、たいへん重要である。そこで、本課題研究ではBi系ペロブスカイト構造強誘電体セラミックス中へのAg電極の拡散挙動の評価や、低温焼結手法について検討した。
これまでに、BKTおよびBNTセラミックスに対してAgの熱拡散処理を行った後、その拡散プロファイルやイオン像を2次イオン質量分析計(SIMS)を用いて測定した。その結果、Bi系ペロブスカイト中へのAgの拡散は、PZT系と近い挙動を示すことを明らかになってきた。この結果は、Bi系セラミックス中へのAgの拡散や反応を抑制する必要があることを示しており、これらのセラミックスの低温焼結化が求められることがわかった。そこで、焼結助剤の添加により、BKTやBNTセラミックスへの低温焼結化とその時の電気的諸特性評価を行なった。その結果、BKTセラミックスではLiイオンが、BNTセラミックスではCuやBイオンを添加することにより950℃程度で高密度セラミックスが作製できると共に良好な電気的・機械的特性を有することがわかった。従来の焼成温度に比べて200℃程度の低温焼結化が実現されたことから、これらのイオン添加が有効であることがわかった。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2017

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 3件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Mechanical bending strength of (Bi 0.5 Na 0.5 ) TiO 3 -based lead-Free piezoelectric ceramics2017

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Hiroaki、Nagata Hajime、Takenaka Tadashi
    • 雑誌名

      Journal of Asian Ceramic Societies

      巻: 5 ページ: 242~246

    • DOI

      10.1016/j.jascer.2017.03.002

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quenching effects on piezoelectric properties and depolarization temperatures of (Bi0.5Na0.5)TiO3-based solid solution systems2017

    • 著者名/発表者名
      Tatsuki Miura, Hajime Nagata, and Tadashi Takenaka
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 56 ページ: 10PD05-1-5

    • 査読あり
  • [学会発表] (Bi1/2Na1/2)TiO3系固溶体ラミックスの電気的諸特性に及ぼすクエンチ効果2017

    • 著者名/発表者名
      永田 肇、村松啓貴、三浦樹生、竹中 正
    • 学会等名
      第34回 強誘電体応用会議
  • [学会発表] Mechanical Fracture Properties on (Bi0.5Na0.5)TiO3-Based Lead-Free Piezoelectric Ceramics2017

    • 著者名/発表者名
      Hajime Nagata and Tadashi Takenaka
    • 学会等名
      The 4th International Conference on Advanced Electromaterials(ICAE 2017)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Low Sintering Temperatures and Electrical Properties on Cu-doped (Bi0.5Na0.5)TiO3-based Ceramics2017

    • 著者名/発表者名
      Ryo Nakada, Hajime Nagata and Tadashi Takenaka
    • 学会等名
      The 4th International Conference on Advanced Electromaterials(ICAE 2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] High-Power Piezoelectric Characteristics of Bi-based Lead-free Piezoelectric Ceramics2017

    • 著者名/発表者名
      Hajime NAGATA
    • 学会等名
      2017 International Congress on Ultrasonics
    • 国際学会
  • [学会発表] クエンチ処理した(Bi1/2Na1/2)TiO3系セラミックスの結晶構造解析2017

    • 著者名/発表者名
      永田 肇、三浦 樹生、竹中 正
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] ビスマス系非鉛強誘電体セラミックスのハイパワー圧電特性2017

    • 著者名/発表者名
      永田 肇, 竹中 正
    • 学会等名
      日本音響学会愛媛大会
    • 招待講演

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公開日: 2018-12-17  

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