2020 年度研究成果報告書

結晶成長方位制御した高機能耐還元無鉛強誘電体酸化物セラミックスの創製と物性評価

研究課題

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研究課題/領域番号	18K04698
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分26020:無機材料および物性関連
研究機関	中部大学
研究代表者	坂本渉中部大学, 工学部, 教授 (50273264)
研究期間 (年度)	2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード	無鉛圧電セラミックス / 耐還元性付与 / 酸素分圧制御 / 粒成長促進剤 / 結晶配向付与 / 圧電特性
研究成果の概要	本研究では、大気中で調製した試料と同等の圧電特性を示すBaTiO3系およびNaNbO3系無鉛圧電セラミックスをNi金属電極が使用可能な低酸素分圧下で作製する技術の確立を行った。還元雰囲気の精密な制御は、Ar, H2およびCO2ガスの混合比を適切に設定することで達成した。アクセプターイオンの種類とドープ量を最適化することで、低酸素分圧下で焼結したセラミックス試料においてもキュリー温度を大きく変化させることなく圧電特性を改善した。特にBaTiO3系材料においては、板状ペロブスカイト酸化物粒子を使用する反応性テンプレート粒子成長法により、粒子配向セラミックスの作製と更なる電気的特性の向上に成功した。
自由記述の分野	無機材料化学
研究成果の学術的意義や社会的意義	本研究で開発した無鉛圧電セラミックスは、研究成果から提案される望む特性を達成するための固溶体設計、機能元素のドープを含めた格子欠陥制御、結晶成長制御などの制御因子を組み合わせることで、次世代電子部品用セラミックス材料として応用可能であることを実証するものである。これは当該分野に大きなインパクトを与え、従来のセラミックス製造プロセスを大きく変えることなく環境に優しい新材料を用いた圧電部品製造を実現可能とし、低電圧駆動・高変位・低コストの全ての同時達成への道を拓くものとなる。本研究の成果は、圧電部品の他、様々な機能性セラミックス材料を用いた部品・部材の製造においても適用でき、汎用性がきわめて高い。