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2018 年度 実施状況報告書

柔粘性/強誘電性イオン結晶の開拓による分子性圧電材料の創製

研究課題

研究課題/領域番号 18K19049
研究機関北海道大学

研究代表者

原田 潤  北海道大学, 理学研究院, 准教授 (00313172)

研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2020-03-31
キーワード分子性固体
研究実績の概要

無機酸化物セラミクスの強誘電体は圧電材料として産業界で広く用いられている.しかし,高性能材料の多くが有毒な鉛や希少元素を含むため,その代替材料が強く求められている.近年,無毒で豊富な元素からなる分子結晶の強誘電体が大いに注目されているが,圧電材料としての研究展開はほぼ未開拓である.その主な原因は,分子性結晶が一般に,対称性の低い結晶構造を持つことにある.低対称な分子性強誘電体の多結晶材料中では,各結晶粒子の分極はバラバラに向き,圧電効果は打ち消し合うため,材料全体としては圧電性を示さない.我々は最近,柔粘性/強誘電性イオン結晶という新しいタイプの強誘電体を開発することで,分子結晶として初めて「電場印加による結晶分極の三次元的再配向」に成功した.このタイプの結晶は,結晶構造の対称性が高く,多結晶圧電材料での活用が期待できる.本研究では,この柔粘性/強誘電性イオン結晶に着目して,分子性圧電材料開発を行う.更に,圧電体としての性能と,結晶構造・分子構造との相関を明らかにすることで,より高性能な材料開発の設計指針を確立する.
平成30年度は,いくつかの柔粘性/強誘電性イオン結晶を合成し,その圧電性について検討を行った.柔粘性/強誘電性イオン結晶の粉末試料を高温で加圧成形することで,多結晶自立フィルムを作製した.圧電テスターを用いて多結晶フィルムのd33値を求めたところ,分子結晶としては非常に大きい値を示すことを見出した.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初の計画通り,柔粘性/強誘電性イオン結晶を開発し,その多結晶体が圧電性を示すことを明らかにした.いくつかの化合物で,多結晶材料が大きな圧電性を示すことを見出した.この結果は柔粘性/強誘電性イオン結晶が圧電材料として非常に有望であることを示している.

今後の研究の推進方策

今後も引き続き,柔粘性/強誘電性結晶の開発を進め,得られた化合物の多結晶フィルムを作製し,その圧電性を評価する.さらに,圧電係数の大きさと,強誘電体の分極発現機構および結晶構造との相関についても検討を行う.

次年度使用額が生じた理由

本研究で開発した圧電材料は当初予想していたものよりも圧電性が高いことが明らかとなった.そのため,新たに装置を購入して特別な測定を行わなくても十分に圧電性を評価できることがわかった.これにより生じた次年度使用額は翌年度分とあわせて,高額な原料試薬の購入に使用し,より多くの対象化合物の検討を行う計画である.

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 4件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] 柔粘性/強誘電性結晶の開発2019

    • 著者名/発表者名
      原田 潤
    • 雑誌名

      機能材料

      巻: 39 ページ: 46~54

  • [雑誌論文] Electronic properties of tin iodide hybrid perovskites: effect of indium doping2018

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Keisuke、Hasegawa Hiroyuki、Takahashi Yukihiro、Harada Jun、Inabe Tamotsu
    • 雑誌名

      Materials Chemistry Frontiers

      巻: 2 ページ: 1291~1295

    • DOI

      10.1039/c7qm00587c

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Crystals of Charge-Transfer Complexes with Reorienting Polar Molecules: Dielectric Properties and Order-Disorder Phase Transitions2018

    • 著者名/発表者名
      Harada Jun、Yoneyama Naho、Sato Shota、Takahashi Yukihiro、Inabe Tamotsu
    • 雑誌名

      Crystal Growth & Design

      巻: 19 ページ: 291~299

    • DOI

      10.1021/acs.cgd.8b01418

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamics of Molecules in Crystals: X-ray Crystallographic Analysis and Development of Functional Materials2018

    • 著者名/発表者名
      HARADA Jun
    • 雑誌名

      Nihon Kessho Gakkaishi

      巻: 60 ページ: 96~103

    • DOI

      10.5940/jcrsj.60.96

    • オープンアクセス
  • [学会発表] Development of Plastic/Ferroelectric Ionic Molecular Crystals2018

    • 著者名/発表者名
      HARADA Jun
    • 学会等名
      2018 ISAF-FMA-AMF-AMEC-PFM Joint Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of Plastic/Ferroelectric Crystals2018

    • 著者名/発表者名
      HARADA Jun
    • 学会等名
      ICCC2018 43rd International Conference on Coordination Chemistry
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 柔粘性/強誘電性結晶の開発2018

    • 著者名/発表者名
      原田 潤,米山奈帆,横倉聖也,高橋幸裕,稲辺保
    • 学会等名
      第12回分子科学討論会2018福岡
  • [学会発表] 極性を持つイオン性分子からなる強誘電性結晶の開発2018

    • 著者名/発表者名
      川村勇人,原田潤,高橋幸裕,稲辺保
    • 学会等名
      第12回分子科学討論会2018福岡
  • [学会発表] 強誘電性を示す柔粘性有機イオン結晶の開発2018

    • 著者名/発表者名
      能塚凜,原田潤,高橋幸裕,稲辺保
    • 学会等名
      第12回分子科学討論会2018福岡
  • [学会発表] DEVELOPMENT OF PLASTIC/FERROELECTRIC IONIC MOLECULAR CRYSTALS2018

    • 著者名/発表者名
      HARADA Jun
    • 学会等名
      CEMS Topical Meeting on Modern Ferroelectrics 2018
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Development of plastic/ferroelectric ionic molecular crystals2018

    • 著者名/発表者名
      HARADA Jun
    • 学会等名
      AsCA2018/CRYSTAL32
    • 国際学会

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公開日: 2019-12-27  

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