Development of ferroelectric mesocrystalline nanocomposites and clarification of their gigantic piezoelectric and dielectric effects mechanism

铁电介晶纳米复合材料的开发及其巨压电和介电效应机制的阐明

• 批准号: 21K04832
• 负责人: 馮 旗
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kagawa University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04832/
• 关键词: ナノ複合メソクリスタル; 強誘電性; 巨大圧電効果; 巨大誘電効果; 結晶格子歪み; ソフト化学法

本研究は、独自で開発したソフト化学法を用いて結晶方位を揃えた二種類のナノ結晶から構成された強誘電性ナノ複合メソクリスタルを作製し、結晶格子歪みの制御による高性能圧電・誘電体材料を開発する。2021年度はBaTiO3/HTO（BT/HTO）ナノ複合中間体からBaTiO3/(Bi0.5K0.5)TiO3（BT/BKT）ナノ複合メソクリスタルを合成し、ナノ構造解析および誘電特性と圧電特性評価を行った。2022年度は、BT/HTOをCa(OH)2溶液中でソルボサーマル反応させ、BaTiO3/CaTiO3（BT/CT）ナノ複合メソクリスタルの合成を行った。合成したBT/CTナノ複合メソクリスタルは[110]結晶軸に配向したBTナノ粒子と[001]結晶軸に配向したCTナノ粒子から構成されているBTとCTナノ結晶は3次元エピタキシャル界面を形成したことが確認された。得られたBT/CTナノ複合メソクリスタルの誘電特性と圧電特性評価を行った。BT/CTナノ複合メソクリスタルは、強誘電性を示し、BTおよびCT単相より高い圧電定数（d33）を示した。BTの格子定数はCTより大きいため、 BTとCTナノ結晶の3次元エピタキシャル界面形成によって、結晶格子ミスマッチによる格子歪みが発生し、圧電効果の増大が得られた。さらに3次元エピタキシャル界面を形成したBT/CTナノ複合メソクリスタルは、2次元エピタキシャル界面を形成したBT/BKTナノ複合メソクリスタルより高い圧電定数（d33）を示した。この結果から2次元エピタキシャル界面よりも3次元エピタキシャル界面の方が結晶格子歪みによる圧電効果増大効果が高いことを明らかにした。

This study は, alone で 発 し た ソ フ ト chemical を with い て crystal orientation を Jian え た two kinds の ナ ノ crystallization か ら constitute さ れ た strong electrical ナ lure ノ composite メ ソ ク リ ス タ ル を as し, crystal lattice slanting み の suppression に よ る high-performance 圧 electric, electric material lure を open 発 す る. 2021 annual は BaTiO3 / HTO (BT/HTO) ナ ノ composite intermediates か ら BaTiO3 / (Bi0.5 K0.5) TiO3 (BT/BKT) ナ ノ composite メ ソ ク リ ス タ ル を synthetic し, ナ ノ structure お よ び induced electrical characteristics と 圧 electrical characteristics evaluation 価 を line っ た. 2022 annual は, BT/HTO を Ca (OH) 2 solution で ソ ル ボ サ ー マ ル anti 応 さ せ, BaTiO3 / CaTiO3 (BT/CT) ナ ノ composite メ ソ ク リ ス タ ル の synthetic line を っ た. Synthetic し た BT/CT ナ ノ composite メ ソ ク リ ス タ ル は [110] crystallographic axis に match to し た BT ナ と ノ particles [001] crystallographic axis に match to し た CT ナ ノ particle か ら constitute さ れ て い る BT と CT ナ ノ crystallization は 3 dimensional エ ピ タ キ シ ャ ル interface を し た こ と が confirm さ れ た. The られたBT/CTナノ compound メソ リスタ リスタ <s:1> inductance characteristics と voltage characteristics are evaluated 価を and った. BT/CT ナ ノ composite メ ソ ク リ ス タ ル は, strong electrical を lure し, BT お よ び phase CT 単 よ り high い 圧 electric constant (d33) を shown し た. BT の lattice constant は CT よ り big き い た め, BT と CT ナ ノ crystallization の 3 dimensional エ ピ タ キ シ ャ ル interface formed に よ っ て, crystal lattice ミ ス マ ッ チ に よ る grid slanting み が 発 し, 圧 electric working big fruit の raised が ら れ た. さ ら に 3 dimensional エ ピ タ キ シ ャ ル interface を し た BT/CT ナ ノ composite メ ソ ク リ ス タ ル は, 2 dimensional エ ピ タ キ シ ャ ル interface を し た BT/BKT ナ ノ composite メ ソ ク リ ス タ ル よ り high い 圧 electric constant (d33) を shown し た. こ の results か ら 2 dimensional エ ピ タ キ シ ャ ル interface よ り も 3 dimensional エ ピ タ キ シ ャ ル interface の party が crystal lattice slanting み に よ る 圧 bigger working fruit raised working high が い こ と を Ming ら か に し た.

项目成果

Lithium Ion Battery Anode of Mesocrystalline CoTiO3/TiO2 Nanocomposite with Extremely Enhanced Capacity

• DOI: 10.1021/acsaem.1c02337
• 发表时间: 2021-11
• 期刊: ACS Applied Energy Materials
• 影响因子: 6.4
• 作者: Xing Wang;Weijie Cheng;Jiaqiao Hu;Ying Su;Xingang Kong;Shinobi Uemura;T. Kusunose;Q. Feng

多孔性層状チタン酸ナノシートを利用した多孔性膜の作製

使用多孔层状钛酸盐纳米片制备多孔膜

• 发表时间: 2022
• 作者: 馮旗・姚 方毅・上村忍

強誘電性メソクリスタルナノ複合体の合成と圧電特性向上

铁电介晶纳米复合材料的合成及压电性能的改善

• 发表时间: 2022
• 作者: Matsuda Shohei;Nakashima Nobuaki;Yokoyama Keiichi;Taniguchi Seiji;Chosrowjan Haik;Somekawa Toshihiro;Yatsuhashi Tomoyuki;馮旗・張文雄・趙衛星
• 通讯作者: 馮旗・張文雄・趙衛星

Mesocrystalline effect in a NiTiO₃/TiO₂ nanocomposite for enhanced capacity of lithium-ion battery anodes

NiTiO₃/TiO₂纳米复合材料的介晶效应增强锂离子电池负极容量

• DOI: 10.1039/d1qi01501j
• 发表时间: 2022
• 期刊: Inorganic Chemistry Frontiers
• 影响因子: 7
• 作者: Wang Xing;Cheng Weijie;Hu Jiaqiao;Su Ying;Kong Xingang;Uemura Shinobi;Kusunose Takafumi;Feng Qi
• 通讯作者: Feng Qi

Topochemical synthesis of Mn2O3/TiO2 and MnTiO3/TiO2 nanocomposites as lithium-ion battery anode with fast Li+ migration and giant pseudocapacitance

拓扑化学合成Mn2O3/TiO2和MnTiO3/TiO2纳米复合材料作为具有快速Li迁移和巨赝电容的锂离子电池负极

• 发表时间: 2022
• 作者: Xing Wang;Qi Feng
• 通讯作者: Qi Feng