研究課題
電気と運動を変換する圧電体は、センサーやアクチュエーターとして、超音波診断機やインクジェットプリンター、カメラなど様々な電子機器に使われている。現在の主流はPZTと呼ばれる、チタン酸鉛とジルコン酸鉛の固溶体材料だが、毒性元素である鉛を重量で68%も含むため、代替物質の開発が望まれている。PZT の優れた圧電特性は、菱面体晶ペロブスカイトのジルコン酸鉛と正方晶ペロブスカイトのチタン酸鉛との相境界に、単斜晶相と呼ばれる対称性の低い結晶相が存在し、そこでは電気分極の方向が結晶構造内で変化（回転）できることによると考えられている。しかし、そうした分極回転が実際に圧電特性向上に寄与することが実験的に確認されたことはなかった。こうしたことから菱面体晶ペロブスカイトの鉄酸ビスマスと正方晶ペロブスカイトのコバルト酸ビスマスとの固溶体BiFe1-xCoxO3に着目してきた。その詳細な結晶構造の解析を行うことにより、PZTで見つかっているのと同様のMA型の単斜晶相が同固溶体に存在すること、そしてその結晶構造において電気分極の回転が実際に起こりうることを示してきた。今回、BiFe1-xCoxO3を圧電特性の評価が可能な薄膜形態で安定化させることに成功した。薄膜X線回折および走査透過電子顕微鏡を用いた詳細な結晶構造解析により、Co量増加に伴いその結晶構造がPZTとは分極の方向が異なるMC型の単斜晶相、MA型の単斜晶相、そして正方晶相へと変化することを見いだした。さらに詳細な圧電特性評価の結果、MA型の単斜晶相において圧電特性が向上することが明らかとなった。また、結晶歪みの大きな構造、すなわち分極が回転する余地のある構造ほど圧電特性は向上した。このことは、電気分極の方向が回転することにより圧電特性が向上することを意味している。
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すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 2件、 査読あり 5件、 謝辞記載あり 5件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件、 招待講演 2件) 備考 (2件)
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