圧電挙動その場観察蛍光Ｘ線ホログラフィーの開発と高性能非鉛圧電体への応用

用于原位观察压电行为的荧光X射线全息技术的发展及其在高性能无铅压电材料中的应用

• 批准号: 20K15024
• 负责人: 木村 耕治
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Nagoya Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K15024/
• 关键词: 蛍光X線ホログラフィー; 鉛フリー圧電材料; 圧電材料; 蛍光Ｘ線ホログラフィー; 放射光Ｘ線

本研究は鉛フリー圧電体(Ba,Ca)(Zr,Ti)O3の高い圧電性能の起源を原子レベルで解明することを目的としている。そのために、特定元素周りの３次元原子配列を可視化できる蛍光X線ホログラフィー(XFH)を実施した。まず、BaTiO3にCaを添加した(Ba0.9Ca0.1)TiO3の単結晶を準備し、XFHによってBa及びCa周りの局所構造観測を行った。得られた結果からBa周りの原子像は等方的な形状をしていたのに対し、Ca周りでは原子像が特定の方向に伸びた形状をとることが分かった。これはCaイオンが大きくシフトしていることを示している。原子像形状を詳細に解析することで、Caイオン及び周囲の原子の変位の定量評価まで行うことができた。この変位は、CaイオンがはBaイオンよりも半径が小さく周囲に隙間が生じることに起因し、圧電性能向上の要因であると考えられる。次に、Zrを微量に添加した(Ba0.798Ca0.202)(Zr0.006Ti0.994)O3単結晶のXFH測定を実施しZr周りの局所構造を観測した。その結果、Zrに最も近いカチオンであるCaやBaはZrから離れる方向に変位する一方、一つ離れたカチオンであるTiはZrに近づく方向に変位することが分かった。Zrは母材のTiよりもイオン半径が大きいため、周辺の格子を押し広げ、その結果生じたスペースを利用してTiイオンが変位したと推察される。このような変位も圧電性能向上に寄与していると考えられる。さらに、Zrをより多く添加した試料についてはXFHで必要となる単結晶の育成が難しいことから、SPring-8の提供するマイクロビームX線を多結晶中の結晶粒に照射し単結晶と同等のデータを得ることを試みた。その結果、単結晶に特有のコッセル線と呼ばれるバターンを確認し、多結晶のXFH測定の道筋をつけることができた。

This study aims to clarify the origin and purpose of the high voltage properties of lead (Ba,Ca)(Zr,Ti)O3. 3D atomic arrangement visualization of specific elements is carried out by X-ray. BaTiO3 and Ca are added to the (Ba0.9Ca0.1) TiO3 crystal. The structure of BaTiO3 and CaTiO3 is tested. The result is that the atomic image is equal to the square shape. The first time I saw him, I saw him. The atomic image shape is analyzed in detail, and the atomic position of the atomic image is quantitatively evaluated. The position of the capacitor is different from that of the capacitor. The radius of the capacitor is small. The gap between the capacitor and the capacitor is small. The voltage performance is high. In addition, Zr is added in trace amounts to (Ba0.798Ca0.202)(Zr0.006Ti0.994)O3 single crystal XFH measurement is carried out to measure Zr in local structure. As a result, Zr is the closest to Ca Ba Zr. Zr base material Ti The electric performance of the battery is transmitted upward. XFH is necessary for the cultivation of crystals, and SPring-8 is provided for the cultivation of crystals in X-ray. The results show that the crystallization of XFH is unique to the determination of XFH.

项目成果

X線を使ったホログラフィー技術で鉛フリー圧電材料高性能化の鍵因子を特定

利用X射线的全息技术确定了提高无铅压电材料性能的关键因素

蛍光Ｘ線ホログラフィーによる 複合ペロブスカイト物質Pb(Fe1/2Nb1/2)O3 におけるBサイト元素選択局所構造解析

利用荧光X射线全息技术分析复合钙钛矿材料Pb(Fe1/2Nb1/2)O3中的B位元素选择局部结构

• 发表时间: 2021
• 作者: 木村耕治;近藤陸弥;漆原大典;浅香透;尾原幸治;山本裕太;A.K.R. Ang; 萩原丈皓;八方直久;田尻寛男;松下智裕;岩田真;林好一
• 通讯作者: 林好一

Element-selective local structural analysis around B-site cations in multiferroic Pb(Fe1/2Nb1/2 )O3 using x-ray fluorescence holography

使用 X 射线荧光全息术对多铁性 Pb(Fe1/2Nb1/2 )O3 中 B 位阳离子周围的元素选择性局部结构进行分析

• DOI: 10.1103/physrevb.104.144101
• 发表时间: 2021
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Kimura K.;Urushihara D.;Kondo R.;Yamamoto Y.;Ang A. K. R.;Asaka T.;Happo N.;Hagihara T.;Matsushita T.;Tajiri H.;Miyazaki H.;Ohara K.;Iwata M.;Hayashi K.
• 通讯作者: Hayashi K.

マルチフェロイック物質 Pb(Fe1/2Ta1/2)O3の 単結晶育成と構造評価

多铁材料Pb(Fe1/2Ta1/2)O3的单晶生长及结构评价

• 发表时间: 2022
• 作者: 井上雄登 ;木村耕治 ;山本裕太 ;A.K.R. Ang;漆原大典 ;八方直久;松下智裕;岩田真 ;林好一
• 通讯作者: 林好一

X線非弾性散乱による (Ba1-xCax)TiO3強誘電体のフォノン解析

非弹性 X 射线散射对 (Ba1-xCax)TiO3 铁电材料的声子分析

• 发表时间: 2021
• 作者: 川村啓介 ;木村耕治 ;中埜彰俊;中神秀麻 ;山本裕太 ;杉本陽菜 ;筒井智嗣;柿本健一 ;K. Webber;林好一
• 通讯作者: 林好一