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環境調和型無鉛圧電アクチュエータ材料の開発

环保无铅压电促动器材料的开发

基本信息

批准号：
19016018
负责人：
武田博明
金额：
$ 4.86万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology (2008)Nara Institute of Science and Technology (2007)
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：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では(i)-100℃から200℃まで使用可能な圧電材料として, 無鉛ペロブスカイトであるチタン酸バリウムーチタン酸ナトリウム・ビスマス(Ba_<1-x>(Bi_<1/2>Na_<1/2>)_xTiO_3, 以降BBNT) セラミックスに, (ii)400℃まで使用できる材料としてタングステン酸ビスマス (Bi_2WO_6 : 以降, BWO) 単結晶に着目している. 本年度の研究成果は以下の通り. BBNTセラミックスにおいて, x=0.1でT_cが200℃になり, x=0.3まで230℃まで上昇する. それ以降では殆ど上昇せず, x=0.5以上では誘電率温度特性でピーク温度が周波数依存を示し始めることがわかった. BWOに関して, その単結晶は高い電気機械結合係数k_<33>=36%を有し, 400℃まで高い抵抗率を有し高温用圧電材料として有望であることを示した. さらに本年度は優れた圧電特性を有する(K_<0.5>Nb_<0.5>)O_3(KNN)に着目し, 添加物制御により高い品質係数Q_mを有する材料の探索ならびにそのデバイス応用を試みた. KNNに対してLiNbO_3とCuOを適量添加し, 高い内部電界を得るために小さな粒径のセラミックスを作るという設計指針のもと材料開発を進めた結果, [(Na_<0.5>K_<0.5>)_<0.98>Li_<0.02>]NbO_3 (KNNL2)+0.45mol%CuOという組成でQ_m=1400という値を得ることができた. 本成果を元に圧電定数d_<15>=155pC/Nを示す圧電セラミックスを合成し, 超音波モータを試作しその駆動特性を評価した. その結果, 最大回転数313rpm, 最大トルク19.6μNm, 最大有率1.6%の値が得られ, これまで報告されている無鉛超音波モータより大きいトルク密度が得られることが分かった.

This study では (I) - 100 ℃ から 200 ℃ まで use may な圧 electric material として, lead-free ペロブスカイトであるチタン acid バリウムーチタン acid ナトリウム · ビスマス (Ba_ < 1 - x > (Bi_ 1/2 > < Na_ 1/2 > <) _xTiO_3, To BBNT) セラミックスに, (ii) 400 ℃ まで use できる material としてタングステン acid ビスマス (Bi_2WO_6:, BWO) 単 crystallization に with mesh している. Under this year の research はのり. BBNT セラミックスにおいて, x = 0.1 で T_c が 200 ℃ になり, x = 0.3 まで 230 ℃ ま rising でする. それ in では perilous ど rise せず, X = 0.5 + では induced electricity rate temperature characteristic でピークが cycle for temperature dependent をし beginning in めることがわかった. BWO に masato して, その単 crystallization は high い electric 気 mechanical combination coefficient k_ (33 > = 36% をし, 400 ℃ までい high resistance rate を圧 electric material has high temperature しとして could であることを shown した. さらに this year は optimal れた圧 electrical characteristics を have する K_ (< 0.5 > Nb_ < 0.5 >) O_3 (KNN) にし, Additives suppression によりい high quality coefficient Q_m を have する material の explore ならびにそのデバイス try を応みた. KNN にし seaborne て LiNbO_3 と CuO を add し, high internal electric industry をいるために small さな size のセラミックスを as るという design pointer のもと materials open 発を into めた results, [(Na_ < 0.5 > K_ < 0.5 > _ < 0.98 > Li_ < > 0.02] NbO_3 (KNNL2) + 0.45 mol % CuO という composition で Q_m = 1400 という numerical を must ることができた. This achievement を yuan に圧 electric constant d_ < 15 > = 155 PCS/N を shown す圧 electric セラミックスしを synthesis, ultrasound モータを attempt しその駆 dynamic characteristic を review 価した. その results, back to the planning of 313 RPM and biggest biggest トルク 19.6 mu Nm, the most great rate 1.6% の numerical が must られ, これまで report されている lead-free ultrasound モータより big きいトルク density が must られることが points かった.