| 研究課題/領域番号 |
20K05083
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| 研究機関 | 富山県産業技術研究開発センター |
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研究代表者 |
坂井 雄一 富山県産業技術研究開発センター, その他部局等, 主任研究員 (70416155)
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| 研究分担者 |
唐木 智明 富山県立大学, 工学部, 准教授 (10254236)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 無鉛圧電体 / 厚膜 / スクリーン印刷 / 脱分極温度 / 配向 |
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| 研究実績の概要 |
(1-x)(Bi,Na)TiO3-xBaTiO3(以下、BNT-xBT)系材料は脱分極温度Tdが低いことが課題であるが、厚膜化し、基板からの圧縮応力を利用することでTdが高くできることを確認した。Tdが高く、電気特性も良好な厚膜形成を目指し、以下の取り組みを行った。
〇BNT-xBT系厚膜の特性向上と脱分極温度Tdの高温化についての取り組み
複雑な組成をもつが、良好な特性が期待できる(Bi,Na)TiO3-(Bi,Li)TiO3-(Bi,K)TiO3系、(Bi,Na)TiO3-(Bi,K)TiO3-BaTiO3系等の3元系の材料についてバルクセラミックスを作製したところ、電気特性は良好であったが、基板との熱膨張係数差がそれほど大きくなく、厚膜化によるTdの大幅な上昇は見込めないことが分かった。そのため、BNT-xBT系材料に注力することとした。BNT-xBT系厚膜はMnO2を適量添加することで電気特性および温度安定性が向上した。室温における残留分極値Prは無添加時15μC/cm2に対し、MnO2を添加することで26μC/cm2を示した。これは、Mnがドナーとして機能し、酸素空孔を低減したためと考えられた。また、正方晶である0.1＜x＜0.4を中心にMnO2添加を行った系についてTd上昇効果を確認したところ、0.1＜x＜0.2の領域がTdの上昇と特性のバランスが良いことが分かった。
〇配向手法適用による特性向上についての取り組み
印刷用ペースト材料に配向膜のテンプレートとなりうる板状粒子を入れることで配向性厚膜の形成を目指した。Bi4Ti3O12等の板状テンプレート粒子を作製し、ペーストへの添加について検討した。作製した厚膜は作製条件によっては配向度上昇の傾向が見られた。
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| 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
(Bi,Na)TiO3-(Bi,Li)TiO3-(Bi,K)TiO3系、(Bi,Na)TiO3-(Bi,K)TiO3-BaTiO3系等の３元系材料については、当初の目論見通りにはいかなかったが、Mnの添加により特性と温度安定性が大幅に向上することを確認した。テンプレート材料を使用することで配向度上昇の傾向も見られているが大幅な配向度の上昇には至っておらず、今後、テンプレート材料や作製方法について検討を進める。
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| 今後の研究の推進方策 |
BNT-xBT系の配向性厚膜形成および特性向上に取り組む。テンプレート材料を使用することで配向度上昇の傾向が見られているものの大幅な配向度上昇には至っておらず、配向膜形成の決め手も不明確なままである。そこで、配向を促すテンプレート材料の探索、特性方位に配向させる手法や熱処理過程について検討する。また、BaTiO3系配向膜作製で実績のある六方晶BaTiO3の添加やBaTiO3系配向膜の利用について合わせて検討する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
新型コロナの影響で予定していた旅費の使用ができなかったために次年度使用額が生じたが、実験に用いる原材料価格の上昇が続いており、次年度の物品費で使用する予定としている。
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