2022 年度研究成果報告書

相境界の形成とドメインエンジニアリングによる高性能非鉛圧電単結晶の開発

研究課題

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研究課題/領域番号	20K05073
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	山梨大学
研究代表者	藤井一郎山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (20597645)
研究期間 (年度)	2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード	圧電体 / 強誘電体 / 非鉛圧電材料 / 単結晶 / 固相結晶成長法 / ニオブ酸ナトリウムカリウム
研究成果の概要	圧電材料は、結晶系が変わるような化学組成や特定の結晶方位を選ぶことで、その圧電特性を高めることができる。本研究では、代表的な非鉛圧電材料である(K0.5Na0.5)NbO3（KNN）に着目し、その一部を元素置換した材料（LKNN-BZ-BNTなど）の単結晶を作製することで、圧電特性の向上を目指した。KNN系材料の単結晶は固相結晶成長法を用いて作製した。作製条件を検討した結果、LKNN-BZ-BNT単結晶の圧電特性d33は405 pC/Nとなり、同組成の多結晶体の文献値よりも1.7倍大きく、また同方法を用いて作製したKNN単結晶のd33値（153 pC/N）よりも大きな値を示すことがわかった。
自由記述の分野	無機材料・物性
研究成果の学術的意義や社会的意義	Pb(Zr,Ti)O3 (PZT)は圧電素子として電子デバイスに用いられている。しかしながら有毒な鉛を含むため将来RoHS指令等で使用が制限される可能性がある。(K0.5Na0.5)NbO3 (KNN)とその固溶体は代替候補材料の１つである。PZTに比べて圧電特性が小さいので向上させる必要がある。本研究では、KNNより圧電特性が大きく、その温度安定性に優れるKNN固溶体の単結晶を作製し、その圧電特性d33が405 pC/Nと多結晶体の値よりも1.7倍大きいことを明らかにした。KNN系単結晶においても結晶異方性を活かすことで、圧電特性を向上できることを示した。