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高温対応圧電アクチュエータを目指した高Tc及び高結合強誘電体単結晶の合成と評価

高温压电驱动器用高温高耦合铁电单晶的合成与评价

基本信息

批准号：
17040020
负责人：
武田博明
金额：
$ 2.56万
依托单位：
Nara Institute of Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究はビスマス層状構造強誘電体(BLSF)の一つで、T_c=940℃という高いキュリー温度を有するBi_2WO_6(以下、BWO)を、高温アクチュエータ用の圧電単結晶材料として期待し、その結晶作製や特性評価を行うことを目的とする。本年度はBWOの圧電特性評価を主に行った。まず、エッチピット形状及びインピーダンス周波数特性の違いから、結晶軸の同定を行い、さらにスクイズテストにより圧電d_<33>方位(自発分極方向)を決定した。これらの結果を基に共振子を作製し、室温におけるBWOのすべての誘電率、圧電定数、弾性定数を評価した。BWO結晶は点群mm2に属するため、それぞれ独立な材料定数が誘電率3個、圧電定数5個、弾性コンプライアンス9個、計17個存在する。点群mm2における材料定数を求める方法はNanamatsuらにより記されているが、BWO結晶は薄い板状であるためそのまま適用できない。そこで、必要なカット面を考慮しこれらの材料定数を求めることにした。Nanamatsuらの報告にある基板と振動モードにより独立に求められる定数は、弾性コンプライアンス6個、圧電定数3個である。誘電率を除く残り5個の定数は、本研究にて方位基板を新しく提案し、横効果長さ伸び振動ならびに横効果面内すべり振動を利用して求めることができた。本研究でBWO結晶の全ての材料定数が求まり、多くの化合物が報告されているBLSFの圧電特性において単結晶を用いた初の成果となった。圧電特性の温度依存性を調べた結果、BWO結晶の圧電特性は400℃まで保つことが分かった。これはPZTセラミックスと比較して結合係数はPZTセラミックスの67%に及ばないものの、使用限界温度がPZTの200℃に対し、BWO結晶は400℃まで使用できることを示している。また、電気機械結合係数k_<33>が36%とBLSFの中でも大きな値を示した。このようにBWO単一分域結晶が大きい結合係数をもち、かつ圧電性が高温まで保たれることが明らかとなり、同結晶は高温対応圧電材料として有望である。

In this paper, we study the properties of Bi_2WO_6(below, BWO) crystalline materials used in layered structure ferroelectric (BLSF) at T_c=940℃ and high temperature. This year's BWO voltage characteristics evaluation is the main topic. The shape and frequency characteristics of the crystal, the orientation of the crystal axis, and the orientation of the voltage d<33>_(self-polarization direction) are determined. As a result, the basic resonator is controlled, and the inductivity, voltage determination and property determination of BWO at room temperature are evaluated. BWO crystals belong to the group mm2, and the number of independent materials is 3, the number of voltage is 5, and the number of active materials is 9. There are 17. The method for determining the number of materials in the point group mm2 is Nanamatsu, BWO and thin plate. The number of materials to be considered is required. Nanamatsu's report shows that there are 6 fixed numbers of vibration and 3 fixed numbers of voltage. In this study, five fixed numbers of induced currents were used to determine the orientation of the substrate, the length of the transverse effect and the vibration of the transverse effect. In this study, the number of BWO crystals and the number of materials used were determined. Many compounds were reported. The electrochemical properties of BLSF were studied. The temperature dependence of the voltage characteristics was adjusted. The voltage characteristics of BWO crystals were maintained at 400℃. For PZT crystals, the bonding coefficient is 67% and the operating temperature is 200℃ for PZT crystals and 400℃ for BWO crystals. The electro-mechanical bonding coefficient k_g is <33>36% and the middle value of BLSF is 36% The BWO single domain crystallization has a large binding coefficient, and the high temperature resistance of the piezoelectric material is expected to increase.