ケイ酸塩系新圧電結晶の結晶構造に基づく材料設計と高温振動子の開発

基于新型硅酸盐基压电晶体晶体结构的高温振荡器材料设计与开发

• 批准号: 22H02162
• 负责人: 武田 博明
• 金额: $ 11.07万
• 依托单位: Saitama University
• 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-22H02162/
• 关键词: 圧電結晶; 高温特性; 圧電センサ; 機械的強度; 温度特性; 結晶育成; 結晶構造解析

今年度はオケルマナイト Ca2MgSi2O7(CMS)の Ca に対して Sr を置換した Ca2-xSrxMgSi2O7(Sr 置換オケルマナイト。以降、CSMS100x)単結晶について調査した。科研費 19H02797 の成果で、チョクラルスキー（Cz）法により x=0.3 までのバルク単結晶が育成されている。また、Jiang(1998)によると、育成方法に関する記述は無いものの、x≧0.64 で育成が困難になると報告されている。よって、0.3<x<0.64 の組成でバルク単結晶の合成報告が無い。そこで、Cz 法により組成が 0.3<x<0.64 である Sr 置換オケルマナイト単結晶を合成し、Sr 置換が電気的特性へ与える影響を調査した。Cz 法により CSMS100x (x=0、0.4、0.5、0.6)結晶を育成したところ、CSMS40 およびCSMS50 は結晶全体がメリライト型単相であるのに対し、CSMS60 では不純物としてメルウィナイト相が含まれていた。育成結晶の格子定数 a、c を算出した結果、Sr 置換量が大きくなるにつれ、a、c ともに増加する。また、Sr 置換量 x に対する格子定数比 a/c をプロットしたところ、x が増加するにつれて a/c が減少し、これらには負の相関があることがわかった。CMS、CSMS30、CSMS40 の圧電 d36 定数を測定した結果、それぞれ 5.71 pC/N、4.3 pC/N、4.04 pC/N となった。これより、Sr 置換 x により圧電 d36 定数が減少する傾向があった。以上、結晶育成の容易さや圧電定数を考慮すると、デバイス用途に最適な Sr 置換オケルマナイトの結晶組成は CSMS30～40 間にあることがわかった。

Our は オ ケ ル マ ナ イ ト Ca2MgSi2O7 (CMS) の Ca に し seaborne て Sr を replacement し た Ca2 - xSrxMgSi2O7 (Sr replacement オ ケ ル マ ナ イ ト. Since then, the 単 crystallization of CSMS100x has been investigated for に 単 て て て た. 19 h02797 KeYanFei の results で, チ ョ ク ラ ル ス キ ー method (Cz) に よ り x = 0.3 ま で の バ ル ク 単 crystallization が bred さ れ て い る. ま た, Jiang (1998) に よ る と, breeding methods に masato す る account は no い も の の, x ≧ 0.64 で bred が difficult に な る と report さ れ て い る. Youdaoplaceholder0, 0.3<x<0.64 pieces to form でバ が 単 単 単 よって synthesis report が no よって. そ こ で, Cz に よ り が < 0.3 x < 0.64 で あ る Sr replacement オ ケ ル マ ナ イ ト 単 crystal し を synthesis, the characteristics of Sr replacement が electric 気 へ and え る impact を investigation し た. Cz method に よ り CSMS100x (x = 0, 0.4, 0.5, 0.6) crystallization を bred し た と こ ろ, CSMS40 お よ び CSMS50 は crystallization all が メ リ ラ イ ト type 単 phase で あ る の に し, seaborne CSMS60 で は impurity content と し て メ ル ウ ィ ナ イ が ト phase containing ま れ て い た. Bred crystallization の lattice constant a and c を calculate し た が large amount of results, the Sr displacement き く な る に つ れ, a and c と も に raised plus す る. ま た, Sr displacement quantity x に す seaborne る lattice constant than a/c を プ ロ ッ ト し た と こ ろ, x が raised す る に つ れ て a/c が reducing し, こ れ ら に は negative の phase masato が あ る こ と が わ か っ た. The results of CMS, CSMS30, and CSMS40 are を determined by the d36 number of compression voltage, and the results are それぞれ 5.71 pC/N, 4.3 pC/N, and 4.04 pC/N となった. The <s:1> れよ れよ, Sr displacement x によ, and the d36 rating of the voltage が decrease する tendency があった. Above, easy crystallization incubation の さ や 圧 electric constant を consider す る と, デ バ イ ス USES に optimum な Sr replacement オ ケ ル マ ナ イ ト の crystallization of は CSMS30 ~ 40 between に あ る こ と が わ か っ た.

项目成果

圧電単結晶材料の結晶化学的探索

压电单晶材料的晶体化学探索

• 发表时间: 2023
• 作者: 木幡 壮真;木村 勇太;雨澤 浩史;大石 昌嗣;藤代 史;高橋 伊久磨;八木 俊介;中村 崇司;武田博明
• 通讯作者: 武田博明

Growth and Characterization of Ba3TaGa3Si2O14 Single Crystals

Ba3TaGa3Si2O14 单晶的生长和表征

• 发表时间: 2022
• 作者: Hiroaki Takeda;Takuya Hoshina;Takaaki Tsurumi
• 通讯作者: Takaaki Tsurumi

ランガサイト型圧電結晶の結晶化学

硅酸镁合金压电晶体的晶体化学

• 发表时间: 2022
• 作者: T. Takami;C. Pattanathummasid;A. Kutana;and R. Asahi;武田博明
• 通讯作者: 武田博明

高温圧電センサ用酸化物単結晶材料の開発

高温压电传感器用氧化物单晶材料的研制

• 发表时间: 2022
• 期刊: 希土類
• 作者: Sobov Pavel A.;Shestakov Alexander F.;Kuzmin Alexey V.;Khasanov Salavat S.;Otsuka Akihiro;Yamochi Hideki;Kitagawa Hiroshi;Konarev Dmitri V.;武田博明
• 通讯作者: 武田博明

Transient Crystal Structure of Oscillating Quartz

振荡石英的瞬态晶体结构

• DOI: 10.5772/intechopen.107414
• 发表时间: 2022
• 期刊: Piezoelectric Materials - New Opportunities to Energy Harvesting Devices
• 作者: Shinobu Aoyagi;Hiroaki Takeda
• 通讯作者: Hiroaki Takeda