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

基本信息

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

项目摘要

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。

这项研究使用一种软化学方法，该方法是通过制造由两种具有均匀晶体取向的纳米晶体组成的铁电纳米复合材料中晶，并通过控制晶体晶状体扭曲来开发高性能的压电和介电材料。在2021财年，BATIO3/（BI0.5K0.5）TIO3（BT/BKT）纳米复合材料中晶体由BATIO3/HTO（BT/HTO）纳米复合材料中间体合成，并评估了纳米结构分析和介电性能。在2022财年中，将BT/HTO在Ca（OH）2溶液中进行溶剂热反应，以合成BATIO3/CATIO3（BT/CT）纳米复合材料中晶。得到证实，合成的BT/CT纳米复合材料中晶形成了三维外延界面，由面向[110]晶体轴和CT纳米颗粒的BT纳米颗粒组成，该晶体轴和CT纳米粒子在[001]晶体轴上取向于[001]晶体轴，形成了三二维的eptecensialsialsialsialsialsemensialsemensialsirsteracial interface。评估了所获得的BT/CT纳米复合材料晶体的介电和压电性能。 BT/CT纳米复合材料晶体晶体表现出铁电特性，并且比BT和CT单相具有更高的压电常数（D33）。由于BT的晶格常数大于CT，因此BT和CT纳米晶体之间的三维外延界面的形成导致由晶格不匹配引起的晶格失真，从而导致压电自由效应的增加。此外，与BT/BKT纳米复合材料晶体晶体晶体构造具有三维外延界面（D33）的BT/CT纳米复合材料晶体晶体表现出更高的压电常数（D33）。该结果表明，3D外延界面对由于晶体晶格失真而增加的压电效应具有更高的影响，而不是2D外延界面。

项目成果

期刊论文数量（7）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

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

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
馮旗・姚方毅・上村忍
通讯作者：
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

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
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