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

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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。