PZTナノロッドの分極のソフト化による巨大圧電応答の実現と非鉛材料への展開

软化PZT纳米棒极化实现巨大压电响应及其在无铅材料中的应用

• 批准号: 19J21955
• 负责人: 岡本 一輝
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J21955/
• 关键词: 強誘電体; 圧電体; ナノ構造; サイズ効果

本研究の目的は、強誘電体ナノロッドにおいて脱分極電界による分極のソフト化を用いた巨大圧電応答の発現メカニズムの実証することである。最終年度となる令和３年度は、パルスレーザー堆積（PLD）法で自己組織化成長させたチタン酸ジルコン酸鉛（PZT）ナノロッドの電場下でその場観察した結果の解析を行った。放射光X線回折により観察したPZTナノロッドの格子面間隔の変化を測定周波数やパルス電圧の時間幅依存性について解析した。主な測定条件は以下に示す3条件である。(1) 直流（DC）電圧を印加、(2) 5~200 μsの時間幅のパルス電圧を1 ms周期で印加、(3) 200 ns の時間幅のパルス電圧を800 ns周期で印加。以上の時間分解X線回折測定の結果よりPZTナノロッドでの大きな圧電特性の向上をもたらす要因には時間依存性があり、分極の大小変化だけでは説明できないことが明らかになった。これより熱力学現象論モデルにより予測された結果と同様に、大きな圧電応答をもたらす要因は分極回転であることが示唆的である。また、本研究で提案するナノロッド作製手法を同じ非鉛ペロブスカイト型酸化物である(K, Na)NbO3（KNN）に適用することでKNNナノロッドを作製できることを明らかにした。本ナノロッド作製手法は材料の構成元素に依存しない普遍的な手法として適用できることを示している。このように研究結果は脱分極電界による分極のソフト化が巨大圧電応答を誘起する要因であることを示唆している。本研究課題の目的を達成できたと考えている。

The purpose of this research is to provide practical evidence of the development of a large-voltage power supply using the optimization of the splitter in the de-splitter circuit of a strong dielectric constant. In the final year and the third year, we analyzed the results of self-organized growth by PLD method. X-ray reflection of radiation is observed in the variation of PZT lattice spacing, the determination of cycle number, and the analysis of time-amplitude dependence of PZT voltage. The main measurement conditions are as follows: (1)Direct current (DC) voltage: (2) Time amplitude of 5~200 μs: 1 ms period: (3) Time amplitude of 200 ns: 800 ns period: The results of the above time-resolved X-ray reflection measurements indicate that the main factors affecting the voltage characteristics of PZT are the time-dependence of the polarization and the polarization. The thermodynamic phenomena are predicted to be similar to those observed in the case of polarization. This study suggests that the preparation method of the compound is the same as that of the non-lead acid compound (K, Na) NbO3 (KNN). The manufacturing method of this invention depends on the constituent elements of the material, and the common method is applicable. The results of this study show that the polarization of the polarization field is the main cause of the large voltage response. The purpose of this research project is to achieve the goal.

项目成果

Czech Academy of Sciences(チェコ)

捷克科学院（捷克共和国）

正方晶Pb(Zr,Ti)O3(111)ナノロッドにおける圧電応答増大メカニズムの実験・理論的検証

四方Pb(Zr,Ti)O3(111)纳米棒压电响应增强机制的实验与理论验证

• 发表时间: 2021
• 作者: 岡本 一輝;山田 智明;吉野 正人;長崎 正雅
• 通讯作者: 長崎 正雅

Size Dependence of Piezoelectric Response in (111)-oriented Tetragonal Pb(Zr, Ti)O3 Nanorods

(111) 取向四方 Pb(Zr, Ti)O3 纳米棒中压电响应的尺寸依赖性

• 发表时间: 2019
• 作者: K. Okamoto;T. Yamada;O. Sakata;M. Yoshino;and T. Nagasaki
• 通讯作者: and T. Nagasaki

Enhanced figure of merit in Pb(Zr,Ti)O3 nanorods for piezoelectric energy harvesting

• DOI: 10.1063/5.0023937
• 发表时间: 2020-10
• 期刊: AIP Advances
• 影响因子: 1.6
• 作者: Jundong Song;Tomoaki Yamada;K. Okamoto;M. Yoshino;T. Nagasaki

Enhanced intrinsic piezoelectric response in (001)-epitaxial single c-domain Pb(Zr,Ti)O3 nanorods

(001)-外延单 c 域 Pb(Zr,Ti)O3 纳米棒中增强的本征压电响应

• DOI: 10.1063/5.0012998
• 发表时间: 2020
• 期刊: Applied Physics Letters
• 影响因子: 4
• 作者: Okamoto Kazuki;Yamada Tomoaki;Nakamura Kentaro;Takana Hidenori;Sakata Osami;Phillips Mick;Kiguchi Takanori;Yoshino Masahito;Funakubo Hiroshi;Nagasaki Takanori
• 通讯作者: Nagasaki Takanori