非鉛系強誘電体二チタン酸バリウムの元素置換および配向制御による誘電圧電特性向上

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本研究では、アーク溶解法によりBaTi_2O_5多結晶体および希土類元素を添加したBaTi_2O_5多結晶体を合成し、誘電特性に及ぼす希土類元素添加の影響を調べた。0-2.5mol%La_2O_3を添加したBaTi_2O_5のa軸長は1.69074から1.68938nmに減少し、c軸長は0.94141から0.94052nmに減少したが、その後ほとんど変化しなかった。また、b軸長とβ角はLa_2O_3の添加によりほとんど変化しなかった。従って、La_2O_3の固溶限は2.5mol%であった。La_2O_3添加したBaTi_2O_5はいずれも(020)面に強く配向した。BaTi_2O_5の誘電率の極大値はLa_2O_3添加量の増加に伴い減少し、またブロードになった。誘電率の極大値を示したキュリー温度はLa_2O_3添加量の増加に伴い750Kから380Kまで連続的に低下した。0.5mol%La_2O_3の添加により、BaTiO_3ではキュリー温度が24K低下したが、BaTi_2O_5では38Kであった。BaTi_2O_5の電気伝導度は、La_2O_3添加量の増加につれて0.5mol%まで約1桁増大したが、それ以上のLa_2O_3を添加してもほとんど変化しなかった。希土類元素のイオン半径はLa^<3+>、Ce^<4+>、Nd^<3+>、Eu^<3+>、Y^<3+>の順で小さくなる。BaTi_2O_5のa軸長とc軸長は、希土類元素のイオン半径が小さくなるにつれて大きく減少した。3mol%La_2O_3を添加したBaTi_2O_5の誘電率が最も高い値であり、キュリー温度が最も低かったY_2O_3を添加したBaTi_2O_5の誘電率が最も低く、キュリー温度が最も高かった。BaTi_2O_5の誘電率は希土類元素のイオン半径が小さいほど減少し、キュリー温度が大きいことがわかった。BaTi_2O_5のキュリー温度は,希土類元素添加量の増加に伴って低下した。各元素の添加量が1mol%まではキュリー温度の低下量はほぼ同様であったが、その後イオン半径の大きいLaが最もキュリー温度を低下させ、最も小さいYがキュリー点をそれほど低下させないことがわかった。特に添加量が増加するとその傾向は強くなっている。