ソフトＰＺＴに匹敵する高性能非鉛圧電材料の研究

2012 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22360278
• 研究機関: 独立行政法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 任 暁兵 独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, 研究員 (50292529)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2013-03-31
• キーワード: 非鉛圧電材料

研究概要

これまでの圧電材料の柱であるPZTは有害な鉛を含有するため、今後は規制の対象となる。その背景に、PZTを代替できる非鉛圧電材料の研究開発は世界的に喫緊の課題となっている。しかし、多くの研究努力にもかかわらず、殆どの非鉛圧電材料の圧電特性はPZT（特に最高の圧電特性を有するソフトPZT）に遠く及ばない。本研究では、我々がつい最近発見した世界最高の圧電特性(圧電定数d33=600pC/N)を有する非鉛圧電材料BZT-BCT（Physical Review Letters, 2009）を踏まえ、その物理機構を解明し、更に良い特性を持つソフトPZTに匹敵する非鉛圧電材料を創出することを目的とする。
今年度では、三重点MPBをもつ新規高性能非鉛圧電材料を発見したと共に、MPBの微視的結晶構造及びドメイン構造を決定した。また、四重点を持つ強誘電系を発見し、巨大誘電効果を見出した。具体的に以下の成果が得られた。
１．三重点MPB理論を用いて、新規高性能非鉛圧電材料系BHfT-BCTを開発し、圧電係数d33が500以上の高い値が得られた。また、BT-BSnTにおいて四重点における巨大誘電効果を世界初めて発見した。MPBとPPBの違いを明らかにした。
２．高分解透過型電顕および収束電子回折（CBED）を用いて、PMN-PT系にMPB付近の組成の階層状ドメインの本質を明らかにし、大きな圧電効果との関係を明らかにした。
３．強誘電体に及ぼす点欠陥の効果の理論を提唱し、Relaxorの起源を説明した。BNT-BTにおける歪ガラスという新しい相転移を発見し、この系の物性への影響を明らかにした。

現在までの達成度 (区分)

理由

24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

24年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] A comparison between tetragonal-rhombohedral and tetragonal-orthorhombic phase boundaries on piezoelectricity enhancement (2012)
  • 著者名/発表者名: Xue DZ, Zhou YM, Gao JH, Xiangdong Ding, X. Ren
  • 雑誌名: EPL 巻: 100[1] ページ: 17010-p1
  • DOI: DOI:10.1209/0295-5075/100/17010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ferroelastic and strain glass transition in (1-x)(Bi0.5Na0.5) TiO3-xBaTiO(3) solid solution (2012)
  • 著者名/発表者名: Yao YG, Yao YD, S. Ren, Zhou C, Li LL, X. Ren
  • 雑誌名: EPL 巻: 100[1] ページ: 17004-p1
  • DOI: DOI:10.1209/0295-5075/100/17004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetodielectric effect from the onset of ferrimagnetic transition in CoCr2O4 (2012)
  • 著者名/発表者名: Yang S, B. Huixin, D. Xue, Zhou C, J. Gao, Y Wang, JQWang, X P Song, Z B Sun, X. Ren, K. Otsuka
  • 雑誌名: J. Phys. D-Appl. Phys. 巻: 45[26] ページ: 265001-1
  • DOI: DOI:10.1088/0022-3727/45/26/265001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Triple-point-type morphotropic phase boundary based large piezoelectric Pb-free material-Ba(Ti0.8Hf0.2)O-3-(Ba0.7Ca0.3)TiO3 (2012)
  • 著者名/発表者名: Zhou C, Liu WF, D. Xue, X. Ren, Bao HX, J. Gao, Lixue Zhang
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 100[22] ページ: 222910-1
  • DOI: DOI:10.1063/1.4724216
  • 査読あり
• [雑誌論文] Large piezoelectricity and dielectric permittivity in BaTiO3-xBaSnO3 system: The role of phase coexisting (2012)
  • 著者名/発表者名: Yao, Yonggang; Zhou, Chao; Lv, Duchao; et al.
  • 雑誌名: EPL 巻: 98 ページ: 27008
  • DOI: 10.1209/0295-5075/98/27008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microstructure at morphotropic phase boundary in Pb(Mg1/3Nb2/3)O-3-PbTiO3 ceramic: Coexistence of nano-scaled {110}-type rhombohedral twin and {110}-type tetragonal twin (2012)
  • 著者名/発表者名: Wu, Haijun; Xue, Dezhen; Lv, Duchao; et al.
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 112 ページ: 052004
  • DOI: 10.1063/1.4745935
  • 査読あり
• [雑誌論文] ase diagram of polar states in doped ferroelectric systems (2012)
  • 著者名/発表者名: Wang, Dong; Ke, Xiaoqin; Wang, Yunzhi; et al.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 86 ページ: 054120
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.86.054120
  • 査読あり
• [学会発表] Strain Glass as a New Perspective to Martensite/Ferroelastics (2013)
  • 著者名/発表者名: Xiaobing REN
  • 学会等名: International Workshop on "Non-ergodic behavior in Martensite"
  • 発表場所: Duisburg, Germany
  • 年月日: 20130128-20130130
  • 招待講演
• [学会発表] Triple-point type morphortropic phase boundary and high-performance Pb-free piezoelectrics (2013)
  • 著者名/発表者名: Xiaobing REN
  • 学会等名: EMA
  • 発表場所: Orlando, USA
  • 年月日: 20130123-20130125
  • 招待講演
• [学会発表] Triple-point type morphortropic phase boundary and high piezoelectricity: (2012)
  • 著者名/発表者名: Xiaobing REN
  • 学会等名: ISAF
  • 発表場所: Aveiro, Portugal
  • 年月日: 20120709-20120713
  • 招待講演