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2006 Fiscal Year Annual Research Report

ドメイン構造を制御した粒子配向型非鉛圧電セラミックスの研究開発

Research Project

Project/Area Number 17360327
Research InstitutionTOKYO UNIVERSITY OF SCIENCE

Principal Investigator

竹中 正  東京理科大学, 理工学部, 教授 (70096709)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 永田 肇  東京理科大学, 理工学部, 助手 (70339117)
Keywords非鉛圧電セラミックス / 非鉛強誘電体 / ビスマス層状構造強誘電体 / BLSF / 電気機械結合係数k / 機械的品質係数Qm / 共振周波数温度特性 / TCF
Research Abstract

非鉛系圧電デバイスを実用化するために継続的な研究開発を行っている。非鉛圧電材料の優れた候補であるビスマス系ペロブスカイト型強誘電体およびビスマス層状構造強誘電体(BLSF)を精力的に研究しているが、その圧電性を有効に利用するには、単結晶のもっている異方性をなるべく損なうことなしに、単結晶の性質を極限まで引き出せるようなセラミックス粒子配向技術が要求される。本研究では、それら非鉛系強誘電体セラミックスのドメイン構造を制御した粒子配向型セラミックスを得て、圧電アクチュエータやレゾネータへ応用し、非鉛圧電デバイス実用化の端緒を開いた。
1.ペロブスカイト型0.9(Bi_<1/2>K_<1/2>)TiO_3-0.1BaTiO_3(以下、BKT-BT10)の粒子配向セラミックスを、典型的なBLSFであるBi_4Ti_3O_<12>板状粉末をテンプレートとして用いたRTGG法により作製し、その電気的諸特性を詳細に調査した。さらに、それらの素材を用いて圧電アクチュエータを試作して、そのアクチュエータ性能評価を行った。BKT-BT10粒子配向セラミックスは、圧電性が消失する脱分極温度T_dが250℃以上と高く、その電界誘起歪みSは、無配向試料に比べて約1.5倍大きく、ダイナミック圧電歪み定数d_<33>は168pC/Nとなり、実用化にかなり近い値を得た。
2.粒子配向によるドメイン構造制御したSrBi_2Nb_<2-x>V_xO_9(SBNV-x)セラミックスを作製し、様々な振動モードの圧電温度特性を評価し、結晶軸方位に対するTC-fの変化について詳細に検討した結果、BLSF特有の結晶構造異方性により、結晶軸a-b軸方向に対してTC-fは大きく改善することを明らかにした。具体的には、粒子配向したSrBi_2Nb_<1.95>V_<0.05>O_9(SBNV-0.05)の(33)モードでQ_e=66、Q_m=2200および|TC-f|=16.5ppm/℃、(15)モードで(Q_e=21.6、(Q_m=4600および|TC-f|=27.7ppm/℃を示し、SBN系配向セラミックスがレゾネータ用無鉛圧電材料として実用化できることを示した。

  • Research Products

    (13 results)

All 2007 2006

All Journal Article (13 results)

  • [Journal Article] Grain-Size Effect on Electrical Properties of(Bi_1/_2K_1/_2)TiO_3 Ceramics2007

    • Author(s)
      Yuji Hiruma, Hajime Nagata, Tadashi Takenaka
    • Journal Title

      Japanese Journal of the Applied Physics Vol.46,No.3A

      Pages: 1081-1084

  • [Journal Article] Investigation of Phase Transition Temperatures on (Bil/_2Na_1/_2)TiO_3-(Bi_1/_2K_1/_2)TiO_3 and (Bi_1/_2Na_1/_2)TiO_3-BaTiO_3 Lead-Free Piezoelectric Ceramics by Electrical Measurements2007

    • Author(s)
      Yuji Hiruma, Kazushige Yoshii, Hajime Nagata, Tadashi Takenaka
    • Journal Title

      Ferroelectrics Vol.346

      Pages: 114-119

  • [Journal Article] Investigation of Phase Transition Temperatures on (Bi_1/_2Na_1/_2)TiO_3-(Bi_1/_2K_1/_2)TiO_3 and (Bi_1/_2Na_1/_2)TiO_3-BaTiO_3 Lead-Free Piezoelectric Ceramics by Electrical Measurements2007

    • Author(s)
      Tadashi Takenaka, Hajime Nagata, Y. Hiruma, K. Yoshii, K. Matsumoto
    • Journal Title

      Journal of Electroceramics 印刷中(in press)

  • [Journal Article] Piezoelectric Properties of Pure and Mn-dopled Potassium Niobate Ferroelectric Ceramics2006

    • Author(s)
      Kenji Matsumoto, Y.Hiruma, H.Nagata, Tadashi Takenaka
    • Journal Title

      Japanese Journal of the Applied Physics Vol.45,Part1,No.5B

      Pages: 4479-4483

  • [Journal Article] Electrical Properties and Depolarization Temperature of (Bi_1/_2Na_1/_2)TiO_3-(Bi_1/_2K_1/_2)TiO_3 Lead-free Piezoelectric Ceramics2006

    • Author(s)
      Kazushige Yoshii, Y.Hiruma, H.Nagata, Tadashi Takenaka
    • Journal Title

      Japanese Journal of the Applied Physics Vol.45,Part1,No.5B

      Pages: 4493-4496

  • [Journal Article] Bismuth layer-structured ferroelectric (Sr,Ca)_2Bi_4Ti_5O_1_8 ceramics for lead-free piezoelectric resonator applications2006

    • Author(s)
      Hajime Nagata, S.Horiuchi, Y.Hiruma, T.Takenaka
    • Journal Title

      Proc.2005 IEEE UItrasonics Symposium(IEEE,USA)

      Pages: 1077-1082

  • [Journal Article] Piezoelectric Properties and Depolarization Temperatures of Bi_1/_2Na_1/_2)TiO_3-(Bi_1/_2K_1/_2)TiO_3-BaTiO_3 Lead-Free Piezoelectric Ceramics2006

    • Author(s)
      Yuji Hiruma, Kazushige Yoshii, Rintaro Aoyagi, Hajime Nagata, Tadashi Takenaka
    • Journal Title

      Key Engineering Materials Vol.320

      Pages: 23-26

  • [Journal Article] Electrical Properties of Grain-Oriented SrBi_2Nb_2-xVxO_9 Ceramics2006

    • Author(s)
      Shinya Inai, Y.Hiruma, R.Aoyagi, H.Nagata, Tadashi Takenaka
    • Journal Title

      Key Engineering Materials Vol.320

      Pages: 31-34

  • [Journal Article] Piezoelectric Properties of Nd and V co-substituted Bi_4Ti_3O_1_2 Ceramics2006

    • Author(s)
      Satoru Matsuzawa, Y.Hiruma, H.Naata, Tadashi Takenaka
    • Journal Title

      Key Engineering Materials Vol.320

      Pages: 39-42

  • [Journal Article] Grain Orientation and Electrical Properties of Some Bismuth Layer-Structured Ferroelectrics for Lead-Free Piezoelectric Applications2006

    • Author(s)
      Tadashi Takenaka, Hajime Nagata
    • Journal Title

      Ferroelectrics Vol.336

      Pages: 119-136

  • [Journal Article] Lead-Free Piezoelectric Ceramics Based on (Bi_1/_2Na_1/_2)TiO_3-(Bi_1/2K_1/_2)TiO_3-BaTiO_3 Solid Solution2006

    • Author(s)
      Yuji Hiruma, Hajime Nagata, Tadashi Takenaka
    • Journal Title

      Japanese Journal of the Applied Physics Vol.45,Part1,No.9B

      Pages: 7409-7412

  • [Journal Article] Piezoelectric Properties of Nd and V co-substituted Bi_4Ti_30_1_2 Ceramics for Resonator Applications2006

    • Author(s)
      Hajime Nagata, S.Matsuzawa, Y.Hiruma, T.Takenaka
    • Journal Title

      Proc.2006 IEEE Ultrasonics Symposium(IEEE,USA)

      Pages: 355-358

  • [Journal Article] Piezoelectric Properties of SrBi_2M_2-xVxO_9(M=Nb and Ta)Ceramics2006

    • Author(s)
      Rintaro Aoyagi, Shinya Inai, Tadashi Takenaka
    • Journal Title

      Journal of Electroceramics Vol.17,No.2,3,4

      Pages: 1087-1090

URL: 

Published: 2008-05-08   Modified: 2016-04-21  

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