Precise 3D Structural Analysis of High-Performance Piezoelectric Materials using X-ray Fluorescence Holography under an Electric Field

使用电场下 X 射线荧光全息术对高性能压电材料进行精确 3D 结构分析

• 批准号: 22H01774
• 负责人: 木村 耕治
• 金额: $ 9.48万
• 依托单位: Nagoya Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01774/
• 关键词: 蛍光X線ホログラフィー; 圧電材料; 放射光X線

本研究では、様々な圧電材料の構造が電場を印加することでどのように変化するかを原子レベルで解明することを目的としている。圧電性は、広い範囲に渡って原子が協調的に変位することで発現する。さらに、類似した結晶構造でも元素の組み合わせによって圧電性は大きく変化する。そのため、元素選択的に広い範囲に渡って、原子配列を可視化できる蛍光X線ホログラフィーが有用である。本年度は、蛍光X線ホログラフィーの実験セットアップに新たに電圧印加その場測定機構を導入し、高い圧電性能を示すPb(Zr,Ti)O3薄膜に適用した。実験は、放射光施設SPring-8およびPhoton Factoryで実施し、それぞれ、ZrおよびTiのホログラムを計測した。実験では薄膜に対して垂直方向に電場を印加しながらホログラムを計測した。事前に電圧を印加して圧電特性を確認してから、放射光実験に臨んだが、放射光の照射により絶縁性が損なわれ、当初予定の100 Vよりも小さな10 Vの電圧印加にとどまった。得られたデータを解析したところ、電圧印加によって原子像形状にわずかな変化が見られた。現在、より詳細に解析を進めている。さらに、薄膜試料では絶縁性が十分に保持できないことを考慮し、厚み0.1mmの薄い板状の圧電体試料Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3の電圧印加蛍光X線ホログラフィー測定にも取り組んだ。この試料では、絶縁性を良好に保つことができ400 Vまで電圧を印加することができ、Nbのホログラムを得ることに成功した。解析した結果、明瞭な原子像が得られており、電圧印加前後でその形状や強度が変わる様子が確認できた。現在、原子変位に関して、定量的な評価を試みている。

This study focuses on the structure of piezoelectric materials, including electric field, atomic field and chemical field. The electric field is in the middle of the atom, and the atom is coordinated. In addition, similar crystalline structures are used for the combination of elements, such as high voltage and high voltage. The elements are selected from the group consisting of the elements, the elements and the atoms. This year, new voltage measurement mechanisms were introduced to demonstrate the applicability of Pb(Zr,Ti)O3 thin films to high-voltage electrical properties. In fact, the emission of SPring-8 and Photon Factory is carried out, and the emission of Zr and Ti is measured. The electric field in the vertical direction of the thin film is measured. Before the voltage is applied, the voltage characteristics are confirmed, the radiation light is applied, the radiation light is irradiated, the insulation is damaged, and the voltage is initially determined to be 100 V or smaller than 10 V The image of the atom is analyzed and the voltage is calculated. Now, Detailed analysis into. In addition, thin film samples have excellent insulation properties, and thin plate-like piezoelectric samples Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 with thickness of 0.1 mm are considered. This sample has good insulation and good voltage protection. It is successful in high voltage and low voltage. The analysis results show that the atomic image is clear, and the shape and intensity of the electric voltage before and after are confirmed. Now, atomic position is relevant, quantitative evaluation is necessary.

项目成果

構造物性科学研究室

结构材料科学实验室