研究課題
本研究はニオブ系圧電セラミックスの疲労特性に及ぼすCharged（帯電）ドメイン壁の寄与に着眼した研究推進を目指し、繰返し動作による低抵抗化に基づく脱分極現象やドメイン壁の移動／回転に伴うマイクロクラック形成等の機械的損傷について、電気機械的に相互作用する疲労メカニズムを解明することを目的としている。初年度は、温度／電界／力学負荷からなるマルチ負荷条件下におけるニオブ系圧電セラミックスの疲労耐性を、有限要素解析プロトコルを組み込んだ「インバース法」、および抗電界を上回る電界付与を可能とした「ハイパワーインピーダンス法」等によって詳しく調査した。その結果、応力誘起相転移や応力負荷／除荷過程におけるドメイン壁移動の非可逆性を評価可能とし、さらにドメイン壁の緩和過程と推定されるような巨大な静電容量値とその印加電界依存性を初めて見出した。２年目となる本年度は、マルチ負荷条件をさらに広範囲に拡大し、非180°ドメインの回転とそれに伴う粒内／界面の電気伝導機構の変化を捉えた。特に、繰返し電界疲労試験後に粒内は高抵抗化、逆に界面が低抵抗化することを電気的なインピーダンス分離によって実験的に捉え、粒内の酸素空孔が疲労試験中に界面側に吐き出される（電化蓄積）ことを実証した。さらに、放射光を用いた遠赤外反射測定を実施し、光学的に複素誘電率を算出したところ、ドメイン壁のピン留め効果以外に、結晶中のイオン分極量の低下を捉え、動的疲労機構との因果関係が存在することを明らかにした。そこで、これらの知見について取りまとめ、成果発表を行った。
2: おおむね順調に進展している
圧電セラミックスの疲労耐性の評価に、年度目的として掲げた光学的評価を新たに加え、俯瞰的に動的疲労機構の調査取り組みが開始できたため。
高負荷環境下での圧電諸物性および機械的特性について、さらに多角度的に考察を進め圧電セラミックスの動的疲労機構の解明に取り組む。
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すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 3件、 招待講演 2件)
Japanese Journal of Applied Physics
巻: 56 ページ: 10PD07～10PD07
10.7567/JJAP.56.10PD07
Journal of Applied Physics
巻: 122 ページ: 204102～204102
10.1063/1.4989759
