結晶均質化法による微視構造設計に基づく圧電材料創製のための不均質組織観察

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本年度の研究実績は下記の3項目に大別される.(1)圧電弾性連成問題に対する均質化法の定式化とこれに基づく有限要素解析コードの開発優れた圧電特性を発現するペロブスカイト型正方晶構造を対象として,ドメイン・スイッチング挙動を考慮した非線形圧電弾性の連成問題に対して均質化法の定式化を行い,これに基づく有限要素解析コードを開発した,具体的には,これまでに開発した線形圧電弾性問題に対するマルチスケール有限要素解析プログラムを基にし,Updated Lagrange法による増分計算,ドメイン・スイッチング判定,スイッチング後の不釣合い緩和計算のルーチンを新たに導入することで目的の解析プログラムを開発した.(2)マルチスケール有限要素解析手法の検証上記(1)で開発したマルチスケール有限要素解析手法の妥当性を確認するため,機械的・電気的物性が既知であるチタン酸バリウムを対象として,外部電界負荷時のヒステリシス挙動の解析を実施し,実験データと比較した,その結果,ひずみ-電界関係および電束密度-電界関係において解析値と実験値の良い一致が確認でき,開発手法の妥当性を立証した.(3)優れた機能特性を発現するための結晶形態設計結晶形態制御による高性能圧電セラミックスの創製を目指して,アクチュエータ・センサの性能を支配するマクロ圧電定数d_<33>を目的関数として,これを最大化する結晶方位分布の最適化を実施した.対象材料として古典的な単晶系圧電材料であるチタン酸バリウムとチタン酸鉛のほか,代表的な混晶圧電材料であるチタン酸・ジルコン酸鉛に着目し,マクロ圧電特性を30%向上させる結晶方位分布を見出した.また,それらの最適結晶方位分布の差異を単分域結晶体の方位依存性から考察した.