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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17040020/
• 关键词: アクチュエータ; 圧電結晶; ビスマス層状構造強誘電体; 単一分域; ポーリングレス; 材料定数

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。

This study は ビ ス マ ス layered structure strong electricity body (BLSF) の a lure つ で, T_c = 940 ℃ と い う high い キ ュ リ ー temperature have す を る Bi_2WO_6 (" を, BWO), high temperature ア ク チ ュ エ ー タ with の 圧 electric 単 crystalline materials と し て expect し, そ の crystallization for や characteristics evaluation 価 を line う こ と を purpose と す る. The main focus of the annual assessment of <s:1> BWO voltage and electrical characteristics is 価を に and った. ま ず, エ ッ チ ピ ッ ト shape and び イ ン ピ ー ダ ン ス cycle for feature の violations い か ら, crystallographic axis の with line を い, さ ら に ス ク イ ズ テ ス ト に よ り 圧 electric d_ (33 > bearing (from 発 polarization direction) を decided し た. こ れ ら の results を し を son に resonance system, room temperature に お け る BWO の す べ て の induced electric rate, 圧 electric constant, 弾 destiny を review 価 し た. BWO crystals は point group was に genus す る た め, そ れ ぞ れ independent な material constant が electric rate 3, 圧 electric constant lure 5, 弾 コ ン プ ラ イ ア ン ス 9, 17 exist す る. Point group was に お け る material constant を o め る method は Nanamatsu ら に よ り remember さ れ て い る が, BWO crystallization は thin い platy で あ る た め そ の ま ま applicable で き な い. そ こ で, necessary な カ ッ ト surface を consider し こ れ ら の material constant を o め る こ と に し た. Nanamatsu ら の report に あ る substrate と vibration モ ー ド に よ り independent に o め ら れ る destiny は, 弾 コ ン プ ラ イ ア ン ス 6, 圧 electric number 3 で あ る. Induced electric rate を except く residual り five の destiny は, this study に て bearing substrate を new し く proposal し, long horizontal working fruit さ stretching vibration な び ら び に horizontal working in fruit surface す べ り を vibration using し て o め る こ と が で き た. This study で BWO crystals の full て の material constant が o ま り, multiple く の compound が report さ れ て い る BLSF の 圧 electrical characteristics に お い て 単 crystallization を with い た の early results と な っ た. The <s:1> temperature dependence of the voltage and electrical characteristics を adjustment べた results, and the <s:1> voltage and electrical characteristics of BWO crystallization <s:1> at 400℃まで maintain <s:1> <s:1> とが points った った. こ れ は PZT セ ラ ミ ッ ク ス と compare し て combination coefficient は PZT セ ラ ミ ッ ク ス の 67% に and ば な い も の の, use limit temperature が PZT の 200 ℃ に し seaborne, BWO crystallization は 400 ℃ ま で use で き る こ と を shown し て い る. Youdaoplaceholder0, the electricity-mechanical binding coefficient k_<33>が36%とBLSF で the maximum を な な value を shows た た. こ の よ う に BWO 単 a multi-zone crystallization が き い combination coefficient を も ち, か つ 圧 high temperature electrical が ま で bartender た れ る こ と が Ming ら か と な り, with high temperature crystallization は 応 seaborne 圧 electric material と し て could で あ る.

项目成果

Synthesis and Characterization of Bismuth Tungstate Crystals by Solution Growth Technique

溶液生长法制备钨酸铋晶体及其表征

• 期刊: Key Eng. Mater. (印刷中)
• 作者: M.Nishida;H.Takeda;T.Nishida;T.Shiosaki
• 通讯作者: T.Shiosaki

Growth of Bismuth Tungstate Bi_2WO_6 mono-domain crystals and Chemical Etching for Measuring Their Electrical Properties

钨酸铋Bi_2WO_6单畴晶体的生长及化学刻蚀测量其电性能

• 期刊: Trans. Mater. Res. Soc. Jpn. (印刷中)
• 作者: H.Takeda;M.Nishida;T.Nshida;T.Shiosaki
• 通讯作者: T.Shiosaki

Piezoelectric Properties of Bismuth Layered-Structure Ferroelectric Bi_2WO_6 Mono-Domain Crystals

铋层状结构铁电Bi_2WO_6单畴晶体的压电性能

• 期刊: Proc. Inter. Symp. Appl. Ferro. XVI (印刷中)
• 作者: M.Nishida;Y.Sakaguchi;H.Takeda;T.Nishida;K.Uchiyama;T.Shiosaki
• 通讯作者: T.Shiosaki

Crystal growth of bismuth tungstate Bi2WO6 by slow cooling method using borate fluxes

• DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2005.03.184
• 发表时间: 2005
• 期刊: Journal of The European Ceramic Society
• 影响因子: 5.7
• 作者: H. Takeda;T. Nishida;S. Okamura;T. Shiosaki

Growth and characterization of ferroelectric mono-domain Bi_2WO_6 crystals

铁电单畴Bi_2WO_6晶体的生长与表征

• 发表时间: 2006
• 期刊: Proc. 1st Symp. on Next-Generation Actuators Leading Breakthroughs
• 作者: H.Takeda;M.Nishida;T.Nishida;T.Shiosaki
• 通讯作者: T.Shiosaki