| 研究概要 |
本年度はBaTiO_3(BT)配向セラミックスを作製し、それにナノドメインを導入することで目標である圧電定数(1,000pC/N)を達成することとした。まず、[110]配向BT板状粒子をテンプレート粒子とし、マトリックス粒子に堺化学工業製のBT-01、BT-03を用いてテンプレート粒子成長(TGG)法により、[110]配向BTセラミックスの作製を試みた。その結果、マトリックス粒子の種類、テンプレート粒子とマトリックス粒子の配合比、焼結温度の3つが配向度を支配する重要な因子であることを明らかにし、作製条件の最適化を行った結果、相対密度が95%以上で、配向度を0〜100%まで変化させることに成功した。これらのセラミックスの微構造を観察した結果、50〜100μm程度の粗大な粒子からなっており、微構造からは配向セラミックスである特徴は観察されなかった。続いて、配向度ごとに31振動子を作製し、得られた31振動子を100℃で分極処理した。その後、共振反共振法により-d_<31>振動子としての圧電特性を、d_<33>メータや歪み-電場曲線よりd_<33>を得た。その結果、-d_<31>は配向度にかかわらず約50pC/Nでほぼ一定値を示すのに対し、d_<33>は配向度の増加とともに緩やかに増大し、配向度80%以上では急激に増大した。特に、配向度84.6%の[110]BT配向セラミックスにおいてd_<33>は最大で788pC/Nに達した。また、0.2kV/mm以下で測定した歪み-電場曲線の傾きから求めたd_<33>はd_<33>メータで測定した値とほぼ一致した。また、圧電定数d_<33>が507、788pC/Nを示した試料においてそのドメインサイズを測定した結果、前者については平均ドメインサイズが1.2μmであるのに対し、後者の平均ドメインサイズは0.8μmであった。これまでBT単結晶において、1μmのドメインサイズを導入できれば1,000pC/N近い圧電定数を持つBTを作製できることを報告してきたが、本研究はそれを間接的ではあるが証明できた。
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