複合組織を内包した機能性セラミックス粒子の創成 -水熱合成法とシミュレーション-

2021 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20K21069
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分26:材料工学およびその関連分野
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 今野 豊彦 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (90260447)
• 研究分担者: 白石 貴久 東京工業大学, 東京工業大学・物質理工学院, 助教 (50758399) ; 竹中 佳生 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (80650580)
• 研究期間 (年度): 2020-07-30 – 2022-03-31
• キーワード: 圧電材料 / ペロブスカイト構造 / 強誘電体 / コアシェル微粒子

研究成果の概要

メモリーデバイスなどへの応用が期待され、環境にやさしい鉛フリー強誘電体を量産する方法として水熱合成法が注目されている。アルカリ水溶液中に遷移金属酸化物粉末を混ぜ低温高圧下において、STO等の基板にペロブスカイト薄膜が生成することを示し、成長メカニズムを透過電子顕微鏡高分解能観察によって明らかにし、電気特性の発現理由を解明した。
たとえば、KNbO3粉末を200℃のNaOH水溶液中で保持した場合、2h以上でNa-rich単相KNN粉末を得られることを明らかにした。
一連の実験により、KN粉末以外のペロブスカイト型構造粉末を用いてもコアシェル圧電体粉末を水熱合成法により作製できることを示した。

自由記述の分野

材料物性学

研究成果の学術的意義や社会的意義

近年, 世界的な環境意識の高まりから, 環境負荷化学物質の使用を規制する動きが盛んになりつつあり、たとえば2006年7月からすべての電子・電気製品において重金属の使用が制限されている。しかしながら, 一連の規制は数年に一度, 対象物質に関する見直しが実施されており、将来、電子セラミックス中の鉛化合物がこれらの規制対象になる可能性がある. このような理由から、本研究においてはメモリーデバイスなどへの応用が期待され、環境にやさしい鉛フリー強誘電体を量産する方法として水熱合成法を応用することで、鉛を含まないコアシェル圧電粉末を生成することが可能であることを実験的に示した。